[發明專利]一種在銅表面電鍍金屬錳的方法

有效

• 申請號: 201310480041.0
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103540975A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 鐘慶東;紀丹;顧帥帥;牟童;勒霞文
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C25D3/54
• 分類號: C25D3/54;C25D5/34
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發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域。

背景技術

電化學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，在工件表面形成具有一定功能的鍍層。隨著工業的發展，常規的鍍層已遠遠不能滿足工業生產的特殊需求，開發新型鍍層的需求越來越迫切。為提高生產效率，大電流、快速鍍的工藝方法也逐漸受到人們關注。

快速電沉積是近代開發的電鍍新技術，在原理上仍然是一種電化學過程，但氧化還原過程不只在鍍槽產生，部分電鍍過程是在鍍工件表面部份進行的。它主要通過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，提高擴散系數，降低擴散層厚度等成為快速電沉積技術中經常采用的措施?？焖匐姵练e在一定程度上應用了鍍液的運動，可以達到提高電沉積效率、細化晶粒、優化沉積組織、提高鍍層質量的效果，其應用逐步受到人們的關注。

錳是一種重要的金屬，有4種異構體，以α-Mn最為常見。海洋中錳含量極為豐富，有著廣泛的應用前景。錳鍍層相對于金屬錳單質有特殊的物理化學性質，如硬度高，抗蝕性好，磁矩變大等。近年來，由于錳鍍層的優異特性，其理論研究受到人們廣泛關注。

錳是能從水溶液中電解還原出來的電位最負的金屬，還原電位為1.42V。電沉積錳鍍層較為困難，并且會在陰極析出氫氣，必須嚴格控制實驗條件。電沉積金屬錳及其合金鍍層的研究主要集中在獲得優質、低能耗產品的冶金工藝研究中。

由于金屬錳的沉積電位較負，常規方法沉積錳及其合金存在以下幾個方面的問題：

1）合金中錳含量較低。早在1960年，美國人研究鋅錳合金電沉積時，其報道的鋅錳合金鍍層含錳量為39%，陰極電流效率僅為26%。當時日本對鋁錳合金電沉積的研究也發現正常電流密度下沉積的鋁錳合金鍍層中錳含量僅占10%-15%，其他類似的研究也無多大進展。

2）電流效率低。日本學者在詳細研究鋅錳合金電沉積的工藝條件及各因素對鍍層中錳含量的影響時，為使電極電勢較負的錳析出，陰極電流密度為30-40A·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，電流效率也只有35%。其他學者研究也有類似結果，隨鍍層中錳含量增高，電流效率顯著降低。

3）鍍液中錳離子易氧化成二氧化錳。研究發現，在溶液pH值為3.0-5.4時鍍液中有沉淀生成，二價錳易在陽極被氧化，進而影響電流效率也會影響金屬錳的沉積。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種在銅表面電鍍金屬錳的方法，是一種操作簡單、設備要求較寬松、低能耗、經濟效益好的銅表面鍍金屬錳的方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種在銅表面電鍍金屬錳的方法，具有以下步驟：

A．電鍍溶液的配制，電鍍溶液的組成有：

MnSO₄·H₂O??????0.3-0.6mol/L，

(NH₄)₂SO₄???????0.3-0.6mol/L，

Na₃C₆H₅O₇???????0.1-0.3mol/L，

H₃BO₃???????????0.2-0.5mol/L，

用電子秤按量稱取以上物質，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溶液調節鍍液的pH值到5.5；

B．電極處理：對陰極基體，即銅板進行除油、除銹和表面拋光等預處理，具體操作是：將欲處理銅片的工作面經金相砂紙打磨，然后進行機械拋光，用無水乙醇和去離子水依次超聲清洗，干燥后備用；

C．電沉積過程：陽極采用231型鉑電極，陰極為待鍍銅片，選擇4-10?A/dm²的電流密度在燒杯鍍液中進行電鍍；電沉積時間為3-10分鐘；電沉積過程中對鍍液進行電磁攪拌；電鍍結束后立即取出銅片，用蒸餾水清洗后并用冷風烘干。

與現有技術相比，本發明具有如下突出的實質性特點和顯著的優點：