一種在銅表面電鍍金屬錳的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在銅表面電鍍金屬錳的方法，屬于金屬表面工程領(lǐng)域。通過(guò)研究硫酸鹽體系的電沉積工藝，得出了銅基體上獲得錳鍍層的最佳鍍液配方和工藝條件；并且操作過(guò)程簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件容易達(dá)到；電鍍速度快，節(jié)省時(shí)間。銅表面的該鍍層是具有高硬度和耐腐蝕性等優(yōu)異性能的新型鍍層，適合工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種在銅表面電鍍金屬錳的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在銅表面電鍍金屬錳的方法，屬于金屬表面工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)方法是材料表面處理工藝中最常用的處理方法，這種方法是利用電極反應(yīng)，在工件表面形成具有一定功能的鍍層。隨著工業(yè)的發(fā)展，常規(guī)的鍍層已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊需求，開(kāi)發(fā)新型鍍層的需求越來(lái)越迫切。為提高生產(chǎn)效率，大電流、快速鍍的工藝方法也逐漸受到人們關(guān)注。
[0003]快速電沉積是近代開(kāi)發(fā)的電鍍新技術(shù)，在原理上仍然是一種電化學(xué)過(guò)程，但氧化還原過(guò)程不只在鍍槽產(chǎn)生，部分電鍍過(guò)程是在鍍工件表面部份進(jìn)行的。它主要通過(guò)提高電流密度或電流效率使鍍層金屬快速沉積，從而提高電鍍效率和鍍層質(zhì)量。由于電流密度主要受極限電流的限制，增大金屬離子濃度，提高擴(kuò)散系數(shù)，降低擴(kuò)散層厚度等成為快速電沉積技術(shù)中經(jīng)常采用的措施?？焖匐姵练e在一定程度上應(yīng)用了鍍液的運(yùn)動(dòng)，可以達(dá)到提高電沉積效率、細(xì)化晶粒、優(yōu)化沉積組織、提高鍍層質(zhì)量的效果，其應(yīng)用逐步受到人們的關(guān)注。
[0004]錳是一種重要的金屬，有4種異構(gòu)體，以α -Mn最為常見(jiàn)。海洋中錳含量極為豐富，有著廣泛的應(yīng)用前景。錳鍍層相對(duì)于金屬錳單質(zhì)有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，如硬度高，抗蝕性好，磁矩變大等。近年來(lái)，由于錳鍍層的優(yōu)異特性，其理論研究受到人們廣泛關(guān)注。
[0005]錳是能從水溶液中電解還原出來(lái)的電位最負(fù)的金屬，還原電位為1.42V。電沉積錳鍍層較為困難，并且會(huì)在陰極析出氫氣，必須嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件。電沉積金屬錳及其合金鍍層的研究主要集中在獲得優(yōu)質(zhì)、低能耗產(chǎn)品的冶金工藝研究中。
[0006]由于金屬錳的沉積電位較負(fù)，常規(guī)方法沉積錳及其合金存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:
I)合金中錳含量較低。早在1960年，美國(guó)人研究鋅錳合金電沉積時(shí)，其報(bào)道的鋅錳合金鍍層含錳量為39%，陰極電流效率僅為26%。當(dāng)時(shí)日本對(duì)鋁錳合金電沉積的研究也發(fā)現(xiàn)正常電流密度下沉積的鋁錳合金鍍層中錳含量?jī)H占10%-15%，其他類似的研究也無(wú)多大進(jìn)展。
[0007]2 )電流效率低。日本學(xué)者在詳細(xì)研究鋅錳合金電沉積的工藝條件及各因素對(duì)鍍層中錳含量的影響時(shí)，為使電極電勢(shì)較負(fù)的錳析出，陰極電流密度為30-40Α.dm-2，所得鍍層錳含量可70%，但陰極電流效率較低，50%錳含量時(shí)，電流效率也只有35%。其他學(xué)者研究也有類似結(jié)果，隨鍍層中錳含量增高，電流效率顯著降低。
[0008]3)鍍液中錳離子易氧化成二氧化錳。研究發(fā)現(xiàn)，在溶液pH值為3.0-5.4時(shí)鍍液中有沉淀生成，二價(jià)錳易在陽(yáng)極被氧化，進(jìn)而影響電流效率也會(huì)影響金屬錳的沉積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種在銅表面電鍍金屬錳的方法，是一種操作簡(jiǎn)單、設(shè)備要求較寬松、低能耗、經(jīng)濟(jì)效益好的銅表面鍍金屬錳的方法。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種在銅表面電鍍金屬錳的方法，具有以下步驟:
A.電鍍?nèi)芤旱呐渲?，電鍍?nèi)芤旱慕M成有:
MnSO4.H2O 0.3-0.6mol/L,
(NH4)2SO40.3-0.6mol/L,
Na3C6H5O70.1-0.3mol/L,
H3BO30.2-0.5mol/L, 用電子秤按量稱取以上物質(zhì)，在燒杯中溶解；使溶液體積不大于燒杯額定體積的四分之三；將配置的鍍液用磁力攪拌器攪拌，并用飽和NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液的pH值到5.5 ；
B.電極處理:對(duì)陰極基體，即銅板進(jìn)行除油、除銹和表面拋光等預(yù)處理，具體操作是:將欲處理銅片的工作面經(jīng)金相砂紙打磨，然后進(jìn)行機(jī)械拋光，用無(wú)水乙醇和去離子水依次超聲清洗，干燥后備用；
C.電沉積過(guò)程:陽(yáng)極采用231型鉬電極，陰極為待鍍銅片，選擇4-10A/dm2的電流密度在燒杯鍍液中進(jìn)行電鍍；電沉積時(shí)間為3-10分鐘；電沉積過(guò)程中對(duì)鍍液進(jìn)行電磁攪拌；電鍍結(jié)束后立即取出銅片，用蒸餾水清洗后并用冷風(fēng)烘干。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn):
I)操作過(guò)程簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件容易達(dá)到；2)電鍍速度快，節(jié)省時(shí)間；3)在銅表面制備出具有高硬度和耐腐蝕性等優(yōu)異性能的新型鍍層；4)通過(guò)研究硫酸鹽體系的電沉積工藝，得出銅基體上獲得錳鍍層的最佳鍍液配方和工藝條件。本發(fā)明采用硫酸鹽體系鍍液，采用快速電沉積方法在銅基體上形成高質(zhì)量的金屬錳鍍層，且操作工藝簡(jiǎn)單，工作效率高。本發(fā)明緊密結(jié)合新型鍍層、快速鍍等熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，并在銅基體上生產(chǎn)出新型鍍層。
【具體實(shí)施方式】
[0012]現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。
[0013]實(shí)施例1
本實(shí)施例中，先用純凈的蒸餾水在燒杯中配制200ml鍍液，鍍液成分為MnSO4.H2O 0.Smol--!-1, (NH4)2SO4 0.細(xì)01--1' Na3C6H5O7 0.2mol--r1, H3BO30.4Π101771-1，用電子秤按量稱取以上物質(zhì)，在燒杯中溶解；使溶液體積不大于燒杯額定體積的四分之三；將配置的鍍液用磁力攪拌器攪拌，并用飽和NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液的pH值到5.5，靜止5分鐘。然后把經(jīng)過(guò)預(yù)處理的銅片放到電鍍液中，以5A/dm2的電流密度進(jìn)行直流電鍍，沉積5分鐘；然后取出，用蒸餾水清洗后并用冷風(fēng)烘干。
[0014]將表面獲得錳鍍層的銅片試樣進(jìn)行硬度、耐蝕性和電化學(xué)測(cè)試。
[0015]實(shí)施例2
本實(shí)施例中，先用純凈的蒸餾水在燒杯中配制200ml鍍液，鍍液成分為MnSO4.H2O 0.4 mol--!-1, (NH4)2SO4 0.Smol--!-1, Na3C6H5O7 0.2mol--r1, H3BO30.4Π101771-1，用電子秤按量稱取以上物質(zhì)，在燒杯中溶解；使溶液體積不大于燒杯額定體積的四分之三；將配置的鍍液用磁力攪拌器攪拌，并用飽和NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液的pH值到5.5，靜止5分鐘。然后把經(jīng)過(guò)預(yù)處理的銅片放到電鍍液中，以6A/dm2的電流密度進(jìn)行直流電鍍，沉積5分鐘；然后取出，用蒸餾水清洗后并用冷風(fēng)烘干。
[0016]將表面獲得錳鍍層的銅片試樣進(jìn)行硬度、耐蝕性和電化學(xué)測(cè)試。[0017]實(shí)施例3
本實(shí)施例中，先用純凈的蒸餾水在燒杯中配制200ml鍍液，鍍液成分為MnSO4.H2O 0.Smol--!-1, (NH4)2SO4 0.6Π101771，Na3C6H5O7 0.2mol--r1, H3BO30.δπιο--?。1，用電子秤按量稱取以上物質(zhì)，在燒杯中溶解；使溶液體積不大于燒杯額定體積的四分之三；將配置的鍍液用磁力攪拌器攪拌，并用飽和NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液的pH值到
5.5，靜止5分鐘。然后把經(jīng)過(guò)預(yù)處理的銅片放到電鍍液中，以8A/dm2的電流密度進(jìn)行直流電鍍，沉積10分鐘；然后取出，用蒸餾水清洗后并用冷風(fēng)烘干。
[0018]將表面獲得錳鍍層的銅片試樣進(jìn)行硬度、耐蝕性和電化學(xué)測(cè)試。 [0019]實(shí)施例4
本實(shí)施例中，先用純凈的蒸餾水在燒杯中配制200ml鍍液，鍍液成分為MnSO4.H2O 0.6Π1Ο1771，(NH4)2SO4 0.細(xì)01--1' Na3C6H5O7 0.Smol--!-1, H3BO30.4Π101771，用電子秤按量稱取以上物質(zhì)，在燒杯中溶解；使溶液體積不大于燒杯額定體積的四分之三；將配置的鍍液用磁力攪拌器攪拌，并用飽和NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液的pH值到
5.5，靜止5分鐘。然后把經(jīng)過(guò)預(yù)處理的銅片放到電鍍液中，以8A/dm2的電流密度進(jìn)行直流電鍍，沉積8分鐘；然后取出，用蒸餾水清洗后并用冷風(fēng)烘干。
[0020]將表面獲得錳鍍層的銅片試樣進(jìn)行硬度、耐蝕性和電化學(xué)測(cè)試。
[0021]實(shí)施例5
本實(shí)施例中，先用純凈的蒸餾水在燒杯中配制200ml鍍液，鍍液成分為 MnSO4.H2O 0.細(xì)01--1' (NH4)2SO4 0.Smol--!-1, Na3C6H5O7 0.2mol--r1, H3BO3
0.δπιο--?。1，用電子秤按量稱取以上物質(zhì)，在燒杯中溶解；使溶液體積不大于燒杯額定體積的四分之三；將配置的鍍液用磁力攪拌器攪拌，并用飽和NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液的pH值到
5.5，靜止5分鐘。然后把經(jīng)過(guò)預(yù)處理的銅片放到電鍍液中，以ΙΟΑ/dm2的電流密度進(jìn)行直流電鍍，沉積5分鐘；然后取出，用蒸餾水清洗后并用冷風(fēng)烘干。
[0022]將表面獲得錳鍍層的銅片試樣進(jìn)行硬度、耐蝕性和電化學(xué)測(cè)試，如下表所示。
【權(quán)利要求】
1.一種在銅表面電鍍金屬錳的方法，其特征在于，具有以下步驟: A.電鍍?nèi)芤旱呐渲疲婂內(nèi)芤旱慕M成有:
MnSO4.H2O 0.3-0.6mol/L, (NH4)2SO40.3-0.6mol/L, Na3C6H5O70.1-0.3mol/L, H3BO30.2-0.5mol/L, 用電子秤按量稱取以上物質(zhì)，在燒杯中溶解；使溶液體積不大于燒杯額定體積的四分之三；將配置的鍍液用磁力攪拌器攪拌，并用飽和NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液的pH值到5.5 ； B.電極處理:對(duì)陰極基體，即銅板進(jìn)行除油、除銹和表面拋光等預(yù)處理，具體操作是:將欲處理銅片的工作面經(jīng)金相砂紙打磨，然后進(jìn)行機(jī)械拋光，用無(wú)水乙醇和去離子水依次超聲清洗，干燥后備用； C.電沉積過(guò)程:陽(yáng)極采用231型鉬電極，陰極為待鍍銅片，選擇4-10A/dm2的電流密度在燒杯鍍液中進(jìn)行電鍍；電沉積時(shí)間為3-10分鐘；電沉積過(guò)程中對(duì)鍍液進(jìn)行電磁攪拌；電鍍結(jié)束后立即取出銅片，用蒸餾水清洗后并用冷風(fēng)烘干。
【文檔編號(hào)】C25D5/34GK103540975SQ201310480041
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】鐘慶東, 紀(jì)丹, 顧帥帥, 牟童, 勒霞文 申請(qǐng)人:上海大學(xué)