專利名稱：化學鍍鎳溶液及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于化學鍍鎳的溶液。更具體而言，涉及一種含金屬鎳鹽、還原劑、絡合劑、緩沖劑的化學鍍鎳溶液，通過該溶液中金屬鎳鹽和作為還原劑的次亞磷酸鹽的氧化還原反應，在所處理的金屬材料表面沉積出鎳-磷合金鍍層。本發(fā)明還涉及化學鍍鎳溶液的制備和使用方法。
目前國內(nèi)的表面處理工藝主要以電鍍?yōu)橹?，電鍍又以鍍鉻、鍍鋅為主。鍍鉻表面處理存在電流效率低，電鍍速度慢，鍍層均勻性和深度差，材料和能耗大，焊接污染嚴重等問題。而經(jīng)鍍鋅處理的表面存在不能耐酸堿的問題。
化學鍍鎳是目前發(fā)展很快的表面處理工藝之一。不僅能夠在鋼制品、鐵制品、銅制品表面，而且能在粉末冶金和鑄鐵制件的表面形成一層厚度均勻、組織致密的鎳合金層。經(jīng)化學鍍鎳處理的表面在許多方面均優(yōu)于經(jīng)電鍍鉻處理的表面。
電鍍是通過強電流作用，在金屬材料或零件表面單向沉積形成單金屬層。不能保證其表面結(jié)構(gòu)無脫落或龜裂，鍍層組織及質(zhì)量受諸多因素的影響。陰極工件上金屬材料的沉積形成結(jié)晶需經(jīng)歷兩個過程，即結(jié)晶核心的形成及核心的長大。如果參數(shù)控制不當，會使表面產(chǎn)生“纖維狀”、“長針狀”、“樹枝狀”或“圓錐狀”等結(jié)晶，從而出現(xiàn)粗大不致密的鍍層。電鍍對電能的需求特別高，一般要求配電箱每平方米鍍層需20安培以上。電鍍廢液中含有氰化鉀劇毒殘留物。排出的廢氣中含大量氣態(tài)汞，對環(huán)境污染十分嚴重，需要增加專門處理廢液、廢氣的設(shè)備。
針對上述電鍍處理表面存在的問題，本發(fā)明提供了一種可用于化學鍍鎳溶液，該溶液含有鎳鹽、還原劑、絡合劑、緩沖劑。還提供使用所述的化學鍍鎳溶液處理金屬材料表面的方法。
化學鍍鎳溶液的鎳鹽為硫酸鎳；還原劑為次亞磷酸鈉。緩沖劑選自乙酸/乙酸鈉、或檸檬酸/檸檬酸鈉；絡合劑選自乙酸、檸檬酸、蘋果酸或氯化銨。
次亞磷酸鈉屬于弱堿鹽，當有鐵族元素，如鐵作為催化劑存在時，次亞磷酸根離子釋放出具有很強活性的原子態(tài)氫； 一部分新生態(tài)的原子氫將鎳離子還原成金屬鎳；另一部分新生態(tài)的原子氫將次亞磷酸根還原；新生成的磷和鎳反應生成磷化鎳，沉積在金屬材料表面；未參與反應的新生態(tài)原子氫結(jié)合成氫從反應體系逸出。
本發(fā)明的化學鍍鎳溶液含有15-25克/升的硫酸鎳、10-40克/升次亞磷酸鈉、20-30克/升的緩沖劑、10-30克/升的絡合劑。
化學鍍鎳溶液的配制步驟如下1)在水中加入硫酸鎳制得溶液A；2)在水中加入次亞磷酸鈉制得溶液B；3)在水中加入絡合劑和緩沖劑制得溶液C；4)將溶液C倒入A中，攪拌至均勻后配制成溶液D，再將溶液D倒入溶液B中形成溶液E，此時溶液E的pH在3.5-4.0范圍。
本發(fā)明使用所述化學鍍鎳溶液處理金屬材料表面的方法包括下列步驟1)根據(jù)所處理的金屬材料的性質(zhì)調(diào)節(jié)化學鍍鎳溶液的pH值；2)加熱所述溶液；3)將金屬材料浸泡在所述溶液中20-60分鐘后取出金屬材料。
根據(jù)所處理的金屬材料的性質(zhì)，選擇化學鍍鎳的條件，對鑄鐵、鐵制品，調(diào)節(jié)化學鍍鎳溶液pH至4.0-6.0，加熱溶液至65-95℃。對鋼制品，調(diào)節(jié)化學鍍鎳溶液pH至9.0-9.5，加熱溶液至35-40℃。
不同的浸泡時間可以得到不同厚度的鎳-磷鍍層，而且該鍍層不影響金屬材料的再加工。
使用化學鍍鎳溶液可以對各種金屬，如鐵、鋼材、鑄鐵等材料進行處理，無論處理的金屬材料為何形狀，都能保證鍍層表面的精度和綜合機械性能?；瘜W鍍鎳形成的鎳-磷鍍層是非晶狀結(jié)構(gòu)，表面強度高，韌性好，不會脫落或龜裂。
化學鍍鎳的溶液可循環(huán)使用，無廢氣、廢液的排放，對環(huán)境無污染。
下面由實施例進一步描述本發(fā)明。
實施例1稱取15克硫酸鎳，加入333毫升水中制得溶液A；稱取12克次亞磷酸鈉加入330毫升水中制得溶液B；再稱取15克乙酸鈉和10克乙酸及適量乳酸加入333毫升水中制得溶液C。
首先將溶液C倒入A中，攪拌均勻，制得溶液D，再將溶液D倒入溶液B中制得溶液E，溶液E的pH為3.8，將溶液E的pH調(diào)節(jié)至約5.0。
溶液E加熱至約65℃，將需要表面處理的鑄鐵水龍頭彎頭放入該溶液中浸泡，彎頭上立刻出現(xiàn)大量氣泡，20分鐘后，基本上不再產(chǎn)生氣泡，反應完成，沉積速度約為17.8微米/小時。取出鑄鐵水龍頭彎頭，在其內(nèi)外表面均形成鎳-磷鍍層。
化學鍍鎳溶液的組成，進行表面處理時的條件及沉積速度列于表1。
實施例2稱取20克硫酸鎳，加入333毫升水中制得溶液A；稱取25克次亞磷酸鈉加入333毫升水中制得溶液B；再稱取18克檸檬酸鈉和10克檸檬酸加入333毫升水中制得溶液C。
按照和實施例1相同的方式制得溶液E，該溶液的pH為3.5，將該溶液的pH調(diào)節(jié)至約4.5。
溶液E加熱至約95℃，將需要表面處理的鑄鐵制品放入該溶液中浸泡，制品表面立刻出現(xiàn)大量氣泡，30分鐘后，基本上不再產(chǎn)生氣泡，反應完成，沉積速度約為25.4微米/小時。此時取出鑄鐵制品，在其內(nèi)外表面均形成鎳-磷鍍層。
化學鍍鎳溶液的組成，進行表面處理時的條件及沉積速度列于表1。
實施例3稱取25克硫酸鎳，加入333毫升水中制得溶液A；稱取22克次亞磷酸鈉加入333毫升水中制得溶液B；再稱取15克檸檬酸鈉、5克檸檬酸和5克琥珀酸鈉，以及25克蘋果酸鈉加入333毫升水中制得溶液C。
按照和實施例1相同的方式制得溶液E，該溶液的pH為4.0，將該溶液的pH調(diào)節(jié)至約5.0。
溶液E加熱至約90℃，將需要表面處理的鐵制品放入該溶液中浸泡，制品表面立刻出現(xiàn)大量氣泡，40分鐘后，基本上不再產(chǎn)生氣泡，反應完成，沉積速度約為45.8微米/小時。此時取出鐵制品，在其內(nèi)外表面均形成鎳-磷鍍層。
化學鍍鎳溶液的組成，進行表面處理時的條件及沉積速度列于表1。
實施例4稱取20克硫酸鎳，加入333毫升水中制得溶液A；稱取40克次亞磷酸鈉加入333毫升水中制得溶液B；再稱取12克檸檬酸鈉、8克檸檬酸以及12克氯化銨加入333毫升水中制得溶液C。
按照和實施例1相同的方式制得溶液E，該溶液的pH為5.4，將該溶液的pH調(diào)節(jié)至約9.5。
溶液E加熱至40℃，將需要表面處理的鋼制品放入該溶液中浸泡，制品表面立刻出現(xiàn)大量氣泡，50分鐘后，基本上不再產(chǎn)生氣泡，反應完成。此時取出鋼制品，在其內(nèi)外表面均形成鎳-磷鍍層。
化學鍍鎳溶液的組成，進行表面處理時的條件列于表1。
實施例5稱取20克硫酸鎳，加入333毫升水中制得溶液A；稱取25克次亞磷酸鈉加入333毫升水中制得溶液B；再稱取15克乙酸鈉、10克乙酸以及20克蘋果酸加入333毫升水中制得溶液C。
按照和實施例1相同的方式制得溶液E，該溶液的pH為3.8，將該溶液的pH調(diào)節(jié)至約9.5。
溶液E加熱至35℃，將需要表面處理的鋼制品放入該溶液中浸泡，制品表面立刻出現(xiàn)大量氣泡，60分鐘后，基本上不再產(chǎn)生氣泡，反應完成。此時取出鋼制品，在其內(nèi)外表面均形成鎳-磷鍍層。
化學鍍鎳溶液的組成，進行表面處理時的條件列于表1。
表1
本發(fā)明的詳細描述作說明之用，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，這些細節(jié)僅用于這一目的，在不偏離權(quán)利要求書界定的本發(fā)明精神和范圍條件下，可以對本發(fā)明進行變動。
權(quán)利要求
1．一種用于化學鍍鎳的溶液，該溶液包含15-25克/升硫酸鎳、10-40克/升次亞磷酸鈉、20-30克/升的緩沖劑、以及10-30克/升的絡合劑。
2．如權(quán)利要求1所述的用于化學鍍鎳的溶液，其特征在于所述緩沖劑選自乙酸/乙酸鈉、或檸檬酸/檸檬酸鈉。
3．如權(quán)利要求1所述的用于化學鍍鎳的溶液，其特征在于所述絡合劑選自乙酸、檸檬酸、蘋果酸或氯化銨。
4．一種制備化學鍍鎳溶液的方法，該方法包括下列步驟1)在水中加入硫酸鎳制得溶液A；2)在水中加入次亞磷酸鈉制得溶液B；3)在水中加入緩沖劑和絡合劑制得溶液C；4)將溶液C倒入溶液A中，攪拌至均勻后配制成溶液D，再將溶液D倒入溶液B中形成化學鍍鎳溶液E。
5．一種在金屬材料表面化學鍍鎳的方法，該方法包括下列步驟1)根據(jù)所處理的金屬材料的性質(zhì)，調(diào)節(jié)所述化學鍍鎳溶液的pH值；2)加熱所述溶液；3)將金屬材料浸泡在所述溶液中20-60分鐘后取出金屬材料。
6．如權(quán)利要求5所述的在金屬材料表面化學鍍鎳的方法，其特征在于當金屬材料是鑄鐵或鐵制品時，調(diào)節(jié)化學鍍鎳溶液pH至4.5-6.0，加熱溶液至65-95℃。
7．如權(quán)利要求5所述的化學處理金屬材料表面的方法，其特征在于當金屬材料是鋼制品時，調(diào)節(jié)化學鍍鎳溶液pH至9.0-9.5，加熱溶液至35-40℃。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于化學鍍鎳的溶液,該溶液包含15—25克/升硫酸鎳、10—40克/升次亞磷酸鈉、20—30克/升緩沖劑、以及10—30克/升絡合劑。該溶液制備方法包括:1)制得硫酸鎳溶液A;2)制得次亞磷酸鈉溶液B;3)制得緩沖劑和絡合劑的溶液C;4)將C倒入A中,攪拌至均勻后配制成D,將D倒入B中形成化學鍍鎳溶液E。以及該溶液使用方法,包括調(diào)節(jié)溶液pH值,加熱溶液,將金屬材料浸泡在該溶液中20—60分鐘后,在金屬材料表面形成鎳－磷合金鍍層的步驟。
文檔編號C23C18/31GK1301881SQ99127028
公開日2001年7月4日 申請日期1999年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
發(fā)明者陳后起 申請人:上海雅馳科技發(fā)展有限公司