[發明專利]一種化學鍍Ni-Co-P的溶液及方法

有效

• 申請號: 201310302354.7
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103409736A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 孫華;馬洪芳;馮立明;郭曉斐;王玥;蔡元興
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C23C18/50
• 分類號: C23C18/50
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻

技術領域

本發明涉及材料表面的化學鍍覆，具體涉及一種用于低碳鋼基材表面的低溫條件下鍍Ni-Co-P的溶液及方法。?

背景技術

多元合金鍍層性能較單一的鎳磷鍍層更加優異，由于鈷和鎳一樣具有自催化性能，可以在Ni-P合金的基礎上引入鈷離子，形成Ni-Co-P三元合金鍍層。Ni-Co-P合金鍍層與Ni-P鍍層相比，可細化結晶，增加磁粒子各向異性，主要用在各種磁記錄系統中。隨著計算機和電子通訊器材的高功能化，要求磁性器件小型化、高性能化和工作頻率高頻化，因而對所用磁性材料的特性要求也越來越高。Ni-Co-P合金具有高密度磁性特點，由它制成的磁盤線密度大，而且膜層硬度高，不僅為磁盤的小型化和大容量化提供了可能性，還能增加使用壽命。?

近年來，雖有文獻報道了化學鍍Ni-Co-P的方法，但是仍然存在諸多缺點。例如工作溫度較高（一般在85-95℃），鍍液蒸發快，需要提供更多的能量，能耗大，增加設備投資，鍍覆工藝控制困難；高溫下操作對有些材料施鍍會造成基體的變形和改性，造成鍍層光亮度低，整平性差，不適于裝飾，亦不適于塑料上化學鍍，而且制得的鍍層耐腐蝕性較差。?

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種用于低碳鋼基材表面的低溫條件下快速鍍Ni-Co-P的溶液及方法。?

本發明所采用的溶液配方為：硫酸鎳30-35g/L，硫酸鈷1.0-2.5g/L，硝酸鈰0.15-0.2g/L，次磷酸鈉25-30g/L，檸檬酸鈉40-50g/L，乳酸3-5ml/L，硼酸30-40g/L，丁二酸5-8g/L，丙酸3-5ml/L，碘化鉀2mg/L，硫脲1.5mg/L。溶劑為蒸餾水，溶液體積為混合后溶質和溶劑的總體積。?

其中檸檬酸鈉、乳酸作為復合絡合劑，丁二酸、丙酸作為復合加速劑；次磷酸鈉作為還原劑；碘化鉀、硫脲作為穩定劑；硼酸作為緩沖劑；而硝酸鈰則為稀土鹽。?

硫酸鎳是鍍液主鹽，在還原劑次磷酸鈉作用下，硫酸鎳濃度的變化對鍍速有著明顯的影響。隨硫酸鎳濃度的增加鍍速會明顯提高，鍍液中Ni²⁺濃度的增加，提高了化學鍍鎳的還原電極電勢。由于反應物濃度增大，氧化還原電位正移，反應自由能變化向負方向移動，使反應速率增大，表現在沉積速度加快。當達到30～35g/L時，鍍速最高。其后再提高Ni²⁺濃度，鍍液穩定性將下降，易造成鍍液自分解。?

硫酸鈷作為鍍液的主鹽，雖然濃度較低，但對鍍速的影響很大。隨硫酸鈷濃度的增加鍍速會降低。這主要是因為金屬鈷對次磷酸根脫氫缺乏催化活性，當鍍液中硫酸鈷濃度增加時，基體表面鈷的沉積數量增加，這就增加了鍍層表面非活性部分的比例，能夠被表面吸附且能夠脫氫的次磷酸根離子減少，使得鍍速下降。因此，在其它條件相同時，化學鍍鎳鈷磷的鍍速要比化學鍍鎳磷合金的速度慢一些。綜上分析，從鍍速方面考慮，硫酸鎳30～35g/L、硫酸鈷1.0～?2.5g/L?

而本發明中與現有技術最大的不同之處就在于，在配方中加入了硝酸鈰這一稀土金屬元素鹽，現有技術中雖然也有在化學鍍中添加過鈰元素，但是首先其是以氯化鈰的方式添加的，同時其主鹽采用的是醋酸鈷，與本發明的主鹽完全不同，而且其所采用的其他助劑也與本發明完全不同，故此發明人認為現有技術中是沒有出現過與本發明相似的技術的，且現有技術中，一般施鍍溫度均在80℃以上，而采用本發明的鍍液和方法后，施鍍溫度降低到了65-70℃，遠低于現有技術，而這在本領域則屬于極大的技術進步，并填補了現有技術中的空白，本發明中化學鍍Ni-Co-P鍍層的鍍速隨硝酸鈰含量的增加而增加，到0.15g/L達到最大，隨后逐漸變小。其主要原因在于：在水溶液中稀土離子也就是鈰離子，可以和有機及無機配體如檸檬酸鈉、乳酸、硼酸、丁二酸、丙酸形成一系列絡合物，消耗了絡合劑的一部分配位基，使鍍液中游離的主鹽金屬離子濃度增加，增大了金屬/鍍液界面上的電位差及形成的場強，加速了電荷的運動，促進了金屬離子向催化表面的躍遷、還原和沉積，提高了合金的沉積速度。但是當Ce的添加量過高時，金屬離子的還原反應和析氫副反應激烈，鍍液的沉積速度反而下降。因此，為了使鍍層厚度更高，應使硝酸鈰的添加量控制在0.15g/L左右（如圖1所示）。?

1．硝酸鈰對鍍速的影響:?

（1）處于周期表中第三副族的稀土元素，有較大的有效核電荷數，表現出較強的吸附能力。當它們以上述適宜的量加入鍍液后，能夠優先吸附在基體表面的晶體缺陷處，降低了表面能，提高了合金鍍層的形核率，使沉積加快；?