一種鎳-鈷-鈦三元合金電鍍光亮工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金屬材料表面處理技術領域，具體地指一種鎳-鈷-鈦三元合金 電鍍光亮工藝。
【背景技術】
[0002] 傳統的金屬表面處理工藝中，鋼鐵件在經過電鍍堿銅一酸銅一亮鎳工序之后，還 需鍍上一層鉻來達到保護及裝飾基體的目的。鉻鍍層具有光亮、潔白的外觀并有硬度高、耐 磨、耐蝕、耐高溫的特點。但是鍍鉻工藝因其對環境、水源、大氣以及人體帶來很大的不利影 響，而且加之鍍鉻前又有其它三道工序，占用場地大、設備多，又會帶來很大的廢水排放和 能源消耗。
[0003] 鈦是一種耐熱性很好的銀白色金屬，密度為4. 54g/cm3,熔點高達1668°C。在常溫 下對強酸強堿有優異的耐蝕性，甚至王水都不能腐蝕它。它還具有重量輕、強度高、抗氧化 性強、耐低溫的特點，被譽為"太空金屬"。如將鈦元素引入單一的或合金的鍍層中，則得到 的鍍層在物理、化學性能上將會呈現各項性能的提升。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的就是為了解決上述問題，提供了一種鎳-鈷-鈦三元合金電鍍光亮 工藝，僅通過一道電鍍工序就達到保護和裝飾鐵基件的目的，減小場地占用面積、減少設備 的使用，降低廢水的排放和能源消耗。
[0005] 本發明的三元合金中，鎳是基礎金屬，很易電沉積出來，所占的百分質量比例在 80%左右。鈷與鎳的性質類似，很易單獨或與鎳在陰極上電化學共沉積，由于鈦與鎳、鈷的 電化學基本氧化-還原電極電勢相差較大，鈦較難沉積，如：
[0006]
[0007] 可以看出，Ni2+、C〇2+較易在水溶液中單獨于電極上沉積出來；而Ti 4+還原為Ti是 需分三步進行的，在還原為Ti2+時，最低須達到-2V、Ti 2+還原為Ti時最低需達-I. 68V，這 在實際上是很困難達到的，因此不能單獨沉積出來的。然而，在本發明的鍍液中，由于Ni2+、 Co2+的存在，可以對Ti 4+進行"誘導沉積"，可以較容易地以合金的形式共沉積出來，于是形 成了 NiCoTi三元合金鍍層，這就是電化學理論上的"誘導共沉積"。
[0008] 本發明電鍍液中采用檸檬酸鈉作為主配位劑的，以期對Ni2+、Co2+、Ti4+進行配位絡 合作用。主配位劑若與Ni2+配合形成HL P陰離子絡合物，則穩定常數為5. 11，若形成L3^陰 離子絡合物，則穩定常數為14. 3 ;若與Co2+形成陰離子絡合物，則穩定常數為4. 8、若形 成L3-陰離子絡合物，則穩定常數為12. 5。而檸檬酸根僅與一價的Ti +進行配位，且只生成 HI^形式的絡合物，穩定常數也只有1.04,可忽略不計。因此本發明采用一種輔助配位劑， 以期對Ti4+進行配位絡合。
[0009] 本發明的技術方案是：一種鎳-鈷-鈦三元合金電鍍光亮工藝，將工件進行前處理 后，放入鎳-鈷-鈦三元合金電鍍液中進行電鍍，然后將工件取出，得到表面鍍有鎳-鈷-鈦 三元合金的工件，所述電鍍液的組成成分包括二價鎳鹽、二價鈷鹽、四價鈦鹽、檸檬酸鈉、輔 助配位劑和緩沖劑；
[0010] 所述輔助配位劑為含有如下結構的物質
[0011]
[0012] 其中R為氨基或亞胺基。
[0013] 進一步地，所述電鍍液中各組成成分的含量分別為二價鎳鹽60~75g/L、二價鈷 鹽5~7. 5g/L、四價鈦鹽1. 5~2g/L、檸檬酸鈉50~60g/L、輔助配位劑8~12g/L、緩沖 劑25~30g/L，加去離子水至1L。
[0014] 進一步地，所述輔助配位劑為丁二酰亞胺，所述緩沖劑為硼酸或磷酸。
[0015] 進一步地，所述二價鎳鹽為六水合硫酸鎳和/或六水合鹽酸鎳，所述二價鈷鹽為 六水合硫酸鈷和/或六水合鹽酸鈷。
[0016] 進一步地，所述電鍍液由下述方法配制而成，其步驟如下：
[0017] (1)取硫酸氧鈦，加入硫酸溶液中，加熱溶解，除去雜質，并加入雙氧水，得到四價 鈦溶液；
[0018] (2)向蒸餾水中加入所述二價鎳鹽和二價鈷鹽，加熱溶解；
[0019] (3)向蒸餾水中加入檸檬酸鈉和所述輔助配位劑，加熱溶解；
[0020] (4)將所述步驟（2)中溶液與所述步驟（3)中溶液混合，再向其中加入所述步驟 (1)中四價鈦溶液，加入所述緩沖劑調節溶液PH值。
[0021] 進一步地，所述步驟（1)中加熱溶解溫度為30~50°C，所述步驟（2)和（3)中加 熱溶解溫度均為大于等于60°C。
[0022] 進一步地，所述電鍍液中還包括初級光亮劑，所述初級光亮劑由如下成分組成：糖 精160~180g/L、輕丙基硫代硫酸鈉5~10g/L，加去離子水至1L。
[0023] 進一步地，所述電鍍液中還包括次級光亮劑，所述次級光亮劑由以下成分組成：丙 烷磺酸吡啶嗡鹽35~45g/L、乙氧基醚丙炔醇30~40g/L、炔丙基磺酸鈉25~35g/L，加去 離子水至1L。
[0024] 進一步地，所述電鍍液中，所述初級光亮劑的體積濃度為8~12mL/L，所述次級光 亮劑的體積濃度為8~12mL/L。
[0025] 更進一步地，鎳-鈷-鈦三元合金電鍍工藝的操作條件為溫度20~60°C，電流密 度 0· 5 ~5. OA/dm2, pH 值 2. 5 ~5. 5。
[0026] 本發明的有益效果主要表現在：
[0027] (1)本發明因其含有強度高、抗氧化性強、耐低溫耐熱性強的特點的鈦金屬，電鍍 工藝所得到的NiCoTi合金鍍層表現出較佳的韌性、較強結合力、強耐低溫耐熱性和強耐蝕 性。
[0028] (2)本發明采用的鎳鈷鈦三元合金電鍍工藝，電鍍液中的主配位劑檸檬酸鈉和輔 助配位劑，可將二價鎳、二價鈷、四價鈦直接絡合沉積出來，即該工藝僅通過一道電鍍工序 即可得到光亮度較好、分散能力和均勻性良好的電鍍層，與傳統金屬表面處理需通過四道 工序的工藝相比，占用場地面積小，設備少，降低了廢水的排放和能源消耗，提高生產效率， 其次，減少了傳統鍍鉻工藝，避免了對環境、水源、大氣和人體帶來的不利影響；
[0029] (3)本發明的三元合金含鈦量在1. 5~4%、含鈷量在10~15%，該NiCoTi三元 合金不僅達到了鉻鍍層的光亮程度和耐磨性，且比"鍍銅+鍍銅+鍍鎳+鍍鉻"四道工序得 到的鍍層耐蝕性更好；
[0030] (4)本發明工藝鍍液中各類金屬鹽含量低，較多道工序電鍍的成本低，具有較高的 經濟效益，并且鎳鹽、鈷鹽毒性極低，環境污染小，可以滿足日益嚴格的環保要求，有極好的 應用前景，尤其適用于高寒地區交通器械、遠洋船舶以及航空航天器材部件的表面處理；
【附圖說明】
[0031] 圖1為陰極極化曲線圖，其中：
[0032] ①基礎液；②：①+Ni2+鹽液；③：① +Co 2+鹽液；④：① +Ti 4+鹽液；⑤：① +Ni 2+鹽 液+Co2+鹽液+Ti 4+鹽液；
[0033] 圖2為溫度、電流密度、pH對合金層中鈷含量的影響曲線圖；
[0034] 圖3為溫度、電流密度、pH對合金層中鈦含量的影響曲線圖；
【具體實施方式】
[0035] 以下結合具體實施例對本發明作進一步的說明：
[0036] 一種鎳-鈷-鈦三元合金電鍍光亮工藝，將工件除銹、除油、活化等前處理后，放入 鎳-鈷-鈦三元合金電鍍液中進行電鍍，然后將工件取出，得到表面鍍有鎳-鈷-鈦三元合 金的工件，所述電鍍液的組成成分包括二價鎳鹽、二價鈷鹽、四價鈦鹽、檸檬酸鈉、輔助配位 劑和緩沖劑；
[0037] 所述輔助配位劑為含有如下結構的物質
[0038]
[0039] 其中R為氨基或亞胺基。
[0040] 進一步地，所述電鍍液中各組成成分的含量分別為二價鎳鹽60~75g/L、二價鈷 鹽5~7. 5g/L、四價鈦鹽1. 5~2g/L、檸檬酸鈉50~60g/L、輔助配位劑8~12g/L、緩沖 劑25~30g/L，加去離子水至1L。
[0041] 進一步地，所述輔助配位劑為丁二酰亞胺，所述緩沖劑為硼酸或磷酸。
[0042] 進一步地，所述二價鎳鹽為六水合硫酸鎳和/或六水合鹽酸鎳，所述二價鈷鹽為 六水合硫酸鈷和/或六水合鹽酸鈷。
[0043] 進一步地，所述電鍍液由下述方法配制而成，其步驟如下：
[0044] (1)取硫酸氧鈦，加入硫酸溶液中，加熱溶解，除去雜質，并加入雙氧水，得到四價 鈦溶液；
[0045] (2)向蒸餾水中加入所述二價鎳鹽和二價鈷鹽，加熱溶解；
[0046] (3)向蒸餾水中加