專利名稱：一種防止銅錫合金鍍層氫鼓泡的電鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電鍍技術(shù)，具體地說是一種防止銅錫合金鍍層氫鼓泡的 脈沖電鍍技術(shù)。
(二)
背景技術(shù)：
電鍍銅錫合金是應(yīng)用最廣泛的合金鍍層之一。電鍍銅錫合金具有鍍層整平 性、光亮度好，成本較低廉，色澤較逼真，裝飾效果好，良好的平滑性、耐蝕性 和適宜的硬度；能阻止底層金屬向面層的擴(kuò)散，防止金屬鍍層變色等優(yōu)點(diǎn)。
但是，銅錫合金鍍層表面常常會(huì)有大量的氫鼓泡產(chǎn)生，這嚴(yán)重地影響了鍍層 的質(zhì)量。這是因?yàn)榱慵谒嵯喘h(huán)節(jié)，稀鹽酸溶液不僅與工件表面的氧化皮反應(yīng)， 從而達(dá)到除去氧化皮的目的，而且還發(fā)生如下反應(yīng)
尸e + 2//C/ = FeC/2 + 2// (^)
+ —//2 (2)
反應(yīng)(1)產(chǎn)生的原子態(tài)氫的一部分通過反應(yīng)(2)結(jié)合成分子氫，以氣體的形式 在工件表面逸出，另一部分則以原子態(tài)的形式進(jìn)入金屬基體。在電鍍環(huán)節(jié)，雖然 所使用的鍍液是堿性鍍液，但在電鍍過程中，電鍍電流效率較低，部分電流用于 水的電解
+ // ~> (4)
電解所產(chǎn)生的氫部分結(jié)合成氫氣逸出，另一部分以原子氫的形態(tài)進(jìn)入工件基 體。進(jìn)入鋼基體中的氫又可分為兩類第一類是與鋼中的位錯(cuò)等缺陷陷阱結(jié)合， 這類氫原子一旦被這種氫陷阱捕捉， 一般不會(huì)再在鋼基體中擴(kuò)散，也不會(huì)再在力 的作用下聚集結(jié)合成氫分子，因此，這類原子氫一般不會(huì)造成氫鼓泡等損害；第
二類原子態(tài)氫則在鋼基體中是自由的，能夠在力的作用下在材料的局部聚集，并 結(jié)合成氫分子，達(dá)到一定壓力，便會(huì)使材料發(fā)生氫鼓泡。對(duì)于材料氫鼓泡產(chǎn)生的原因和機(jī)理研究的報(bào)道有很多，其中，喬亮(文獻(xiàn)l: 喬亮，球罐氫鼓泡形成原因及防護(hù)措施，石油化工腐蝕與防護(hù)，23， 51 (2006)) 對(duì)濕H2S環(huán)境下球罐氫鼓泡的產(chǎn)生原因、形成過程和腐蝕狀況進(jìn)行了分析。指出 氫鼓泡的發(fā)生一是球罐處于臨氫環(huán)境。因腐蝕產(chǎn)生的[H]滲入到了鋼中；二是容
器所用的鋼材存在夾雜，即有"空穴"。同時(shí)提出了具體的防護(hù)措施，如增加脫
硫裝置以降低H2S的濃度，改善壓力容器工況務(wù)件，以及對(duì)焊縫部位采取噴鋁措 施等。A. El hajjami等人(文獻(xiàn)2: A. El hajjami, M.R Gigandet， M. De Petris-Wery, J.C. Catonne, J,J. Duprat, L. Thiery， F. Raulin, B. Starck， P. Remy， Hydrogen permeation inhibition by zinc—nickel alloy plating on steel XC68, Applied Surface Science, 255, 1654 (2008))研究了鋅鎳合金鍍層的氫滲透問題。但卻沒有人提出 過可以防止鍍層氫鼓泡的行之有效的方法。而氫鼓泡會(huì)嚴(yán)重影響材料的性能，使 材料的韌性降低，強(qiáng)度下降，導(dǎo)致材料在遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的條件下斷裂。因此研 究可以防止鍍層氫鼓泡的電鍍技術(shù)具有重要的工程意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以防止銅錫鍍層的氫鼓泡；工藝簡(jiǎn)單，成本低； 應(yīng)用性強(qiáng)的一種防止銅錫合金鍍層氫鼓泡的電鍍方法。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
電鍍陽(yáng)極材料為純度為99.99%的高純銅板，陰極材料為經(jīng)過除油處理的 27SiMn鋼板；銅錫合金電鍍液是主鹽為焦磷酸鉀(K4P2O7)240-280g/L，焦磷酸銅 (Cu2P207 3H20) 34-47g/L和焦磷酸亞錫(8!1^207) 2.6-4.3g/L的焦磷酸鹽低錫青 銅電解液，pH為8-9;
電鍍參數(shù)電鍍采用方波脈沖電鍍技術(shù)，脈沖平均電流密度為1-5A/dm2,頻率為 500 Hz-2500Hz，占空比為25%-40%，陰極陽(yáng)極間距為5cm-10cm,陰極陽(yáng)極面積 比為1:1.5-1:5，電解液溫度為25°C-35°C 。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
l.可以防止銅錫鍍層的氫鼓泡。本發(fā)明利用脈沖電鍍技術(shù)中合理的工藝過程 和工藝參數(shù)在脈沖電流的作用下，顯著降低了電鍍銅錫合金過程中氫原子向基體 金屬和鍍層中的擴(kuò)散量，使氫原子的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散電流由6.4 pA.cm—2降低到2.3 pA.cm-2，從而消除了銅錫合金鍍層的氫鼓泡。2. 工藝簡(jiǎn)單，成本低。在現(xiàn)有銅錫合金電鍍工藝后，需要去氫退火來(lái)防止鍍 層的氫鼓泡， 一般的去氫退火工藝為加熱200'C，保溫8小時(shí)。而本發(fā)明的脈沖 電鍍技術(shù)可以消除銅錫合金鍍層的氫鼓泡，從而省去了后續(xù)熱處理工藝，降低了 成本。而且脈沖電鍍技術(shù)，操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)際生產(chǎn)。
3. 應(yīng)用性極強(qiáng)。由于銅錫合金鍍層具有很廣泛的應(yīng)用，而鍍層的氫鼓泡問題 會(huì)嚴(yán)重影響鍍層的質(zhì)量和安全性，因此可以防止銅錫合金鍍層氫鼓泡的電鍍工藝 將會(huì)有很大的工程應(yīng)用前景。
(四)


圖l為本發(fā)明脈沖電流密度為3A/dm2，頻率為1000Hz，占空比為25。/。時(shí)的脈 沖電鍍銅錫合金的滲氫電流時(shí)間曲線。
圖2為電流密度為3A/dr^時(shí)的直流電鍍銅錫合金的滲氫電流時(shí)間曲線。
圖3為本發(fā)明脈沖電流密度為5A/dm2，頻率為1000Hz，占空比為25%時(shí)的脈 沖電鍍銅錫合金的滲氫電流時(shí)間曲線。
圖4為脈沖電流密度為5A/dm2，頻率為1500Hz，占空比為25%時(shí)的脈沖電 鍍銅錫合金的滲氫電流時(shí)間曲線。
圖5為電流密度為5A/dr^時(shí)的直流電鍍銅錫合金的滲氫電流時(shí)間曲線。
具體實(shí)施方式
下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
實(shí)施例1
1. 利用脈沖電鍍技術(shù)制備銅錫合金鍍層 電解沉積設(shè)備脈沖電解沉積設(shè)備
電解沉積所用電解液要求銅錫合金電鍍液是主鹽為焦磷酸鉀(K4P207)
240-280g/L，焦磷酸銅(0^207 3H20) 34-47g/L和焦磷酸亞錫(Sn2P207) 2.6-4.3g/L的焦磷酸鹽低錫青銅電解液，pH為8-9;嚴(yán)格控制電解液中重金屬雜 質(zhì)含量，配電解液所用水為高純度去離子水，電解液pH值為8 9。
陰陽(yáng)極材料要求陽(yáng)極為高純度99.99%的純銅板，陰極為經(jīng)過除油處理的 27SiMn鋼板。
2. 電解工藝參數(shù)采用方波脈沖方式電鍍。脈沖平均電流密度為3 A/dm2,頻率為1000Hz，占空比為25%，陰極陽(yáng)極間距為5cm，陰極陽(yáng)極面積比為1:3， 電解液溫度為35°C。
脈沖電鍍銅錫合金過程中的滲氫量采用Devanathan-Stachurski裝置測(cè)量，通 過滲氫電流時(shí)間曲線確定滲氫量的多少。由脈沖電鍍滲氫曲線可知脈沖電鍍過程 中的穩(wěn)態(tài)滲氫電流密度為2.3 pA.cm—2 (見圖1)。
比較例1
直流電鍍銅錫合金的電解液，電極材料和電鍍平均電流密度均與實(shí)施例1脈 沖電鍍技術(shù)相同。比較例1直流電鍍銅錫合金過程中的滲氫量也采用 Devanathan-Stachurski裝置測(cè)量，通過滲氫電流時(shí)間曲線確定滲氫量的多少。由 比較例1直流電鍍滲氫曲線可知直流電鍍過程中的穩(wěn)態(tài)滲氫電流密度為6.4 HA.cm—2 (見圖2)。
實(shí)施例2
1. 利用脈沖電鍍技術(shù)制備銅錫合金鍍層
電解沉積設(shè)備脈沖電解沉積設(shè)備
電解沉積所用電解液要求銅錫合金電鍍液是主鹽為焦磷酸鉀(K4P207)
240-280g/L,焦磷酸銅(0^207 3H20) 34-47g/L和焦磷酸亞錫(Sn2P207) 2.6-4.3g/L的焦磷酸鹽低錫青銅電解液，pH為8-9;嚴(yán)格控制電解液中重金屬雜 質(zhì)含量，配電解液所用水為高純度去離子水，電解液pH值為8 9。
陰陽(yáng)極材料要求陽(yáng)極為高純度99.99%的純銅板，陰極為經(jīng)過除油處理的 27SiMn鋼板。
2. 電解工藝參數(shù)采用方波脈沖方式電鍍。脈沖平均電流密度為5 A/dm2, 頻率為1000Hz，占空比為25%，陰極陽(yáng)極間距為5cm，陰極陽(yáng)極面積比為1:3， 電解液溫度為35'C。
脈沖電鍍銅錫合金過程中的滲氫量采用Devanathan-Stachurski裝置測(cè)量，通 過滲氫電流時(shí)間曲線確定滲氫量的多少。由脈沖電鍍滲氫曲線可知脈沖電鍍過程 中的穩(wěn)態(tài)滲氫電流密度為2.7 pA,cm—2 (見圖3)。
比較例2
脈沖電鍍銅錫合金的電解液和電極材料與實(shí)施例2脈沖電鍍技術(shù)相同。電解工藝參數(shù)為采用方波脈沖方式電鍍。脈沖平均電流密度為5 A/dm 頻率 為1500Hz，占空比為25%，陰極陽(yáng)極間距為5cm，陰極陽(yáng)極面積比為1:3，電解 液溫度為35°C。電鍍銅錫合金過程中的滲氫量也采用Devanathan-Stachurski裝置 測(cè)量，通過滲氫電流時(shí)間曲線確定滲氫量的多少。由比較例2脈沖電鍍滲氫曲線 可知比較例2脈沖電鍍過程中的穩(wěn)態(tài)滲氫電流密度為4.2 ^A.cm—2 (見圖4)。
比較例3
直流電鍍銅錫合金的電解液，電極材料和電鍍平均電流密度均與實(shí)施例2脈 沖電鍍技術(shù)相同。比較例3直流電鍍銅錫合金過程中的滲氫量也采用 Devanathan-Stachurski裝置測(cè)量，通過滲氫電流時(shí)間曲線確定滲氫量的多少。由 比較例3直流電鍍滲氫曲線可知直流電鍍過程中的穩(wěn)態(tài)滲氫電流密度為7.1 pA孺-2 (見圖5)。
權(quán)利要求
1、一種防止銅錫合金鍍層氫鼓泡的電鍍方法，其特征是電鍍陽(yáng)極材料為純度為99.99％的高純銅板，陰極材料為經(jīng)過除油處理的27SiMn鋼板；銅錫合金電鍍液是含主鹽焦磷酸鉀240-280g/L，焦磷酸銅34-47g/L，焦磷酸亞錫2.6-4.3g/L的焦磷酸鹽低錫青銅電解液，pH為8-9；電鍍參數(shù)電鍍采用方波脈沖電鍍技術(shù)，脈沖平均電流密度為1-5A/dm2，頻率為500Hz-2500Hz，占空比為25％-40％，陰極陽(yáng)極間距為5cm-10cm，陰極陽(yáng)極面積比為1∶1.5-1∶5，電解液溫度為25℃-35℃。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種防止銅錫合金鍍層氫鼓泡的電鍍方法。電鍍陽(yáng)極材料為純度為99.99％的高純銅板，陰極材料為經(jīng)過除油處理的27SiMn鋼板；銅錫合金電鍍液是工業(yè)用低錫青銅電解液，pH為8-9；電鍍參數(shù)電鍍采用方波脈沖電鍍技術(shù)，脈沖平均電流密度為1-5A/dm²，頻率為500Hz-2500Hz，占空比為25％-40％，陰極陽(yáng)極間距為5cm-10cm，陰極陽(yáng)極面積比為1∶1.5-1∶5，電解液溫度為25℃-35℃。與傳統(tǒng)的直流電鍍銅錫合金技術(shù)相比，引進(jìn)了脈沖電流，有效地抑制了電鍍過程中氫的產(chǎn)生；并通過一系列的實(shí)驗(yàn)，篩選出了脈沖電鍍技術(shù)的最優(yōu)工藝參數(shù)，從而可以防止銅錫合金鍍層的氫鼓泡；具有工藝簡(jiǎn)單，成本低，應(yīng)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25D3/58GK101649475SQ20091007292
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者孫飛龍, 孟國(guó)哲, 濤 張, 王世杰, 王福會(huì), 邵亞薇 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)