鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電鍍液，具體涉及一種鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅錫合金俗稱錫青銅，電鍍錫青銅鍍層廣泛用于輕工、儀表、機(jī)械、通訊、家用電器、手工業(yè)等工業(yè)部門，是我國應(yīng)用最廣、生產(chǎn)規(guī)模最大的一個(gè)合金鍍種。
[0003]長期以來，電鍍錫青銅鍍液一般采用氰化物和氫氧化物作絡(luò)合劑，銅以一價(jià)形式與氰化物絡(luò)合成銅氰絡(luò)合物，錫以四價(jià)形式與氫氧化鈉絡(luò)合，故鍍液穩(wěn)定，分散性能好，維護(hù)操作方便，錫青銅鍍層均勻細(xì)致，成份和色澤容易控制。但鍍液中含有較高含量的劇毒氰化物，同時(shí)電鍍中產(chǎn)生劇毒氣體，對(duì)人體傷害嚴(yán)重，也嚴(yán)重污染環(huán)境，而且廢水處理要求嚴(yán)格，受環(huán)保部門嚴(yán)格監(jiān)督，故其應(yīng)用受到一定限制。
[0004]目前，在鋼鐵零件表面電鍍錫青銅，簽于環(huán)保限制要求采用無氰電鍍。但無氰電鍍錫青銅最大問題是鍍層與基體之間結(jié)合不牢，因?yàn)殍F(Fe)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位Φ° (Fe3VFe)為-0.44V，而銅(Cu)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位Φ ° (Cu3+/Cu)為+0.34V，兩者相差很大，因此當(dāng)鋼鐵件進(jìn)入焦磷酸鹽體系或硫酸鹽體系鍍液中時(shí)，銅在鋼鐵件表面發(fā)生置換反應(yīng)，而置換的銅粉是疏松的，在疏松的置換銅上進(jìn)行電沉積所得的鍍層與基體結(jié)合力不牢。目前有先在鋼鐵件上鍍鎳打底然后鍍錫青銅的技術(shù)，但是用鎳打底存在打底成功率低、返修不易的問題，一旦需要返修，基體上的鎳不易褪去而造成無法返修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種錫青銅鍍層與鋼鐵基體粘結(jié)牢固的無氰電鍍錫青銅電鍍液及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液，組分包括:Cu2+12?17g/L、焦磷酸鉀240?280g/L、Sn2+L 5?2.5g/L、磷酸氫二鈉或磷酸氫二鉀30?50g/L、梓檬酸納5?10g/L、氨三乙酸30?40g/L，pH值為8.3?8.8。
[0008]所述Cu2+來源于焦磷酸銅，所述Sn 2+來源于焦磷酸亞錫。
[0009]作為優(yōu)選地，所述鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液的組分包括:Cu2+13?16g/L、焦磷酸鉀250?270g/L、Sn2+L 6?2.4g/L、磷酸氫二鈉或磷酸氫二鉀35?45g/L、檸檬酸納6?9g/L、氨三乙酸32?38g/L。
[0010]所述鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液采用去離子水配制。
[0011]所述鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液的工作條件為:溫度為25?35°C、陰極電流密度為0.5?2A/dm2、電鍍時(shí)間為80?90分鐘。
[0012]一種鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液的制備方法，包括如下步驟:
[0013]I)將焦磷酸鉀和一半量的磷酸氫二鈉或者磷酸氫二鉀溶于熱水中；
[0014]2)將焦磷酸銅溶于步驟I)的溶液中；
[0015]3)將氨三乙酸加入適量水中，一邊攪拌一邊慢慢加入氫氧化鈉直至氨三乙酸全部溶解，將溶液加入步驟2)的混合液中，然后在混合液中加入另一半量的磷酸氫二鈉或者磷酸氫二鉀；
[0016]4)調(diào)整溶液的pH值至8.3?8.8，過濾鍍液；
[0017]5)將步驟4)所得鍍液在小電流0.1?0.2A，25?35°C條件下，以純銅板為陽極，以廢鋼板為陰極，形成電解池電解處理3-4小時(shí)；電解3-4小時(shí)后在一邊保持電解一邊攪拌鍍液的情況下加入焦磷酸亞錫使其全部溶解，繼續(xù)電解3-4小時(shí)，即得。
[0018]所述步驟I)中熱水的溫度為30?35°C。
[0019]所述步驟4)中用焦磷酸鉀或氫氧化鈉或者氫氧化鉀或者氨三乙酸調(diào)整溶液的pH值。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液，與超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液配套使用，先進(jìn)行預(yù)鍍銅打底處理，再用本發(fā)明的電鍍液進(jìn)行正式電鍍，防止鋼鐵件進(jìn)入焦磷酸鹽體系電鍍液中產(chǎn)生銅置換，提高鍍層與鋼鐵基體的結(jié)合力，使得錫青銅鍍層與鋼鐵基體粘結(jié)強(qiáng)度好，解決了現(xiàn)有技術(shù)中鍍層與基體結(jié)合不牢的問題。采用本發(fā)明電鍍液，電鍍時(shí)能夠達(dá)到較高電流，鋼鐵件的內(nèi)表面、棱角、凹面孔等部位都能均勻鍍上錫青銅，電鍍效果優(yōu)良，鍍層厚度可以達(dá)到10-15um，鍍層均勻、致密、外觀良好，該電鍍液成本低、制備方法簡單、應(yīng)用性廣。在制備該電鍍液時(shí)，先小電流電解處理數(shù)小時(shí)，可以有效去除鍍液中的雜質(zhì)，然后在繼續(xù)電解的情況下一邊攪拌鍍液一邊加入焦磷酸亞錫使其全部溶解，避免四價(jià)錫的生成，使得電鍍效果優(yōu)良。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1配制超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液
[0022]配制鋼鐵件預(yù)鍍銅處理用的電鍍液一超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液，配制方法如下:
[0023]將焦磷酸鉀加入少量去離子水中，邊加邊攪拌以充分溶解，然后加入焦磷酸銅、三乙醇胺，攪拌均勻后加入去離子水至規(guī)定濃度。各化合物配比為:焦磷酸銅(Cu2P2O7，工業(yè)純):(1.5?2.5) g/L ;焦磷酸鉀(K4P2O7,工業(yè)純):(200?250) g/L ;三乙醇胺(工業(yè)純):(5 ?10) g/L ；
[0024]實(shí)施例2配制鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液
[0025]配制預(yù)處理之后無氰電鍍錫青銅用的電鍍液，該鋼鐵件無氰電鍍錫青銅電鍍液配方為:
[0026]Cu2+ (來源于焦磷酸銅Cu2P2O7,工業(yè)純):(12?17) g/L ；
[0027]焦磷酸鉀(K4P2O7,工業(yè)純):(240?280) g/L ；
[0028]Sn2+ (來源于焦磷酸亞錫Sn2P2O7,工業(yè)純):(1.5?2.5) g/L ；
[0029]磷酸氫二鈉(Na2HPO4,工業(yè)純):(30?50) g/L ；
[0030]檸檬酸納(Na3C6H5O7,工業(yè)純):(5?10) g/L ；
[0031]氨三乙酸(工業(yè)純):(30?40)g/L;
[0032]配制按照如下步驟操作:
[0033]I)將計(jì)算量的焦磷酸鉀和一半量的磷酸氫二鈉或者磷酸氫二鉀溶于30?35°C的熱水中；
[0034]2)在攪拌下將焦磷酸銅溶于步驟I)的溶液中；
[0035]3)將氨三乙酸加入適量水中，一邊攪拌一邊慢慢加入氫氧化鈉直至氨三乙酸全部溶解(其間可測(cè)PH值來緩慢加入氫氧化鈉，pH值約為7.0時(shí)氨三乙酸全部溶解)，將溶液加入步驟2)的混合液中，然后在混合液中加入另一半量的磷酸氫二鈉或者磷酸氫二鉀；
[0036]4)根據(jù)步驟3)所得溶液的pH值，用焦磷酸鉀或氫氧化鈉或者氫氧化鉀或者氨三乙酸調(diào)整溶液的pH值至8.3?8.8，并過濾鍍液；
[0037]5)將步驟4)所得過濾鍍液在小電流0.1?0.2A，25?35°C條件下，以純銅板為陽極，以廢鋼板為陰極，形成電解池電解處理3-4小時(shí)，可以有效地去除鍍液中的雜質(zhì)；電解3-4小時(shí)后在一邊保持電解一邊攪拌鍍液的情況下加入焦磷酸亞錫使其溶解，繼續(xù)電解3-4小時(shí)，可以有效避免四價(jià)錫的生成，保證電鍍液的效果；
[0038]6)分析調(diào)整試鍍。
[0039]實(shí)施例3鋼鐵件無氰電鍍錫青銅
[0040]選取試樣:取10#鋼薄片作試片1，規(guī)格為120mm(長)X60mm(寬)X3?5mm(厚)，兩平面磨削加工，粗糙度Ra彡0.Sum。
[0041]一、對(duì)試片I進(jìn)行無氰電鍍錫青銅，按照如下步驟操作:
[0042]1、對(duì)試片I進(jìn)行除油、清洗干凈，按照如下步驟操作:
[0043]a、采用汽油等有機(jī)溶劑擦洗試片I全表面油污后晾干。
[0044]b、試片I采用專用金屬除油粉水溶液浸泡3分鐘后擦拭除油，流動(dòng)自來水清洗。
[0045]c、將試片I浸入8 %的鹽酸水溶液中，酸洗5分鐘，流動(dòng)自來水清洗。
[0046]d、將試片I浸入5 %的硫酸水溶液中，活化處理5分鐘，流動(dòng)自來水清洗。
[0047]2、預(yù)鍍銅處理:將清洗干凈的試片I插入超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液中作為陰極，以純銅板作為陽極，對(duì)陰極進(jìn)行電鍍:
[0048]①、配制超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液，其組分為:
[0049]焦磷酸銅(Cu2P2O7):1.5g/L ；
[0050]焦磷酸鉀(K4P2O7):200g/L ；
[0051]三乙醇胺:5g/L。
[0052]以上藥品均為市售工業(yè)級(jí)藥品。
[0053]②、用上述超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液對(duì)試片I預(yù)鍍銅處理，電鍍工作條件為:
[0054]1、鍍液工作溫度:18°C ;
[0055]I1、陽極面積:陰極面積~ 2:1 ;
[0056]II1、陰極電流密度:4A/dm2;
[0057]IV、試片I陰極電流:6A ;
[0058]V、預(yù)鍍銅打底時(shí)間:3分鐘；
[0059]V1、電鍍電源:50A/12V可控硅整流器。
[0060]3、將試片I從預(yù)鍍銅槽中取出流動(dòng)自來水清洗I?2次。
[0061]4、將清洗后的試片I插入無氰電鍍錫青銅電鍍液中作為陰極，以純銅板作為陽極，對(duì)陰極進(jìn)行電鍍:
[0062]①、配制焦磷酸鹽無氰電鍍錫青銅電鍍液，其組分為:
[0063]銅離子(Cu2+):13g/L；焦磷酸鉀(K4P2O7):245g/L ；
[0064]錫離子(Sn2+):1.7g/L ； 磷酸氫二鈉(Na2HPO4):35g/L ；
[0065]檸檬酸三鈉(Na3C6H5O7):6g/L ；氨三乙酸:32g/L ；
[0066]其中銅離子(Cu2+)由焦磷酸銅(Cu2P2O7)水解提供，錫離子(Sn2+)由焦磷酸亞錫(Sn2P2O7)水解提供。以上藥品均為市售工業(yè)級(jí)藥品。
[0067]②、用上述焦磷酸鹽無氰電鍍錫青銅電鍍液對(duì)試片I進(jìn)行電鍍，操作條件為:
[0068]1、鍍液 pH 值:8.4;
[0069]I1、鍍液工作溫度:25°C ;
[0070]II1、陽極面積:陰極面積~ 2:1 ;
[0071]IV、陰極電流密度:0.8A/dm2；
[0072]V、試片I陰極電流:1.2A ;
[0073]V1、試片I電鍍錫青銅時(shí)間:90分鐘；
[0074]訓(xùn)、電鍍電源:50A/12V三段計(jì)時(shí)可控硅整流器。
[0075]電鍍完后將試片I從電鍍錫青銅槽中取出，流動(dòng)自來水清洗干凈后晾干。二、電鍍效果驗(yàn)證
[0076]試片I采用本發(fā)明方法電鍍錫青銅電鍍后鍍層的效果驗(yàn)證:
[0077]①、試片I兩平面錫青銅鍍層均勻、致密，顏色為金黃色。
[0078]②、試片I 一平面錫青銅鍍層厚度為0.0105mm，另一平面錫青銅鍍層厚度為0.0llmm0
[0079]③、對(duì)試片I兩平面錫青銅鍍層采用GB5270-2005標(biāo)準(zhǔn)劃格粘拉檢測(cè)，未見錫青銅鍍層脫落，表明鍍層與基體間結(jié)合力良好。
[0080]④、對(duì)試片I兩平面錫青銅鍍層采用GB5270-2005標(biāo)準(zhǔn)彎斷檢測(cè)，未見試片I外彎平面錫青銅鍍層開裂或脫落，表明鍍層與基體間結(jié)合力優(yōu)異。
[0081 ]實(shí)施例4鋼鐵件無氰電鍍錫青銅
[0082]一、仍以實(shí)施例3中的試片I為試樣，按照如下步驟操作對(duì)試片I進(jìn)行無氰電鍍錫青銅:
[0083]1、對(duì)試片I進(jìn)行除油、清洗干凈，清洗方法與實(shí)施例3中清洗方法相同。
[0084]2、預(yù)鍍銅處理:將清洗干凈的試片I插入超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液中作為陰極，以純銅板作為陽極，對(duì)陰極進(jìn)行電鍍:
[0085]①、配制超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液，其組分為:
[0086]焦磷酸銅(Cu2P2O7):2g/L ；
[0087]焦磷酸鉀(K4P2O7):215g/L ；
[0088]三乙醇胺:7.5g/L。
[0089]以上藥品均為市售工業(yè)級(jí)藥品。
[0090]②、用上述超低濃度焦磷酸銅預(yù)鍍銅槽液對(duì)試片I預(yù)鍍銅處理，電鍍工作條件為:
[0091]1、鍍液工作溫度:18°C ;
[0092]I1、陽極面積:陰極面積~ 2:1 ;
[0093]II1、陰極電流密度:3A/dm2;
[0094]IV、試片I陰極電流:4.5A ;
[0095]V、預(yù)鍍銅打底時(shí)間:2分鐘；
[0096]V1、電