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青古铜、红古铜、古镍的装饰性电镀工艺

机械自动化类 牛顿 2017-03-06 10:18 发表了文章 来自相关话题

青古铜、红古铜、古镍的装饰性电镀工艺

1.前言

近十几年来,随着我国经济的迅速发展,电镀行业无论从工艺、技术等方面都到了快速的提高,特别是国外电镀原材料的快速进入,也给电镀业增加了活力,新的电镀品种和工艺不断涌现。从行业布局来看,在国内已初步形成了一些产业带,南北差异逐步拉大。目前电镀业比较发达的区域为珠江三角洲和长江三角洲,这与区域的经济发展也有一定的关系,在这两个区域内已形成了很多电镀园区,有的几十家,有的几百家电镀厂集中在一起,已形成了产业群。这样的集中生产,有利于电镀废水的综合治理和产业的发展;在北方和西部几乎还是过去单打独斗的产业格局,大部分还局限于自给自足的状况,有些企业工艺技术水平还相当落后。

随着社会需求的多样性,特殊装饰性电镀也越来越受到人们的青睐,特别是仿古电镀,越来越多地应用到五金及各种饰件上。

2青古铜电镀

青古铜电镀属装饰性电镀,多用于饰品及五金和艺术品电镀,所镀成品有古色古香的感觉。适镀的各种底材都可以电镀,高装饰性的及大型的产品采用挂镀;大批量、小型饰件采用滚镀的方式。

2.1挂镀青古铜

先将工件进行除蜡、除油处理,活化后直接挂镀青铜,也可以用碱铜打底,然后再镀青铜。视所需效果,如镀件所要青色重一些,则在原电镀液配比的基础上增加锌的含量;如果要黄色重一些,则在原电镀液的配比基础上增加铜的含量。电镀时间控制在20分钟以上,然后出槽。

对镀层足够厚的工件,出槽后可水洗,活化后直接电镀黑镍和枪色,电镀时间不超过5分钟,以镀件色度均匀为宜,然后出槽水洗,烘干待加工。也可将电镀件直接发黑处理。现市售有专门的发黑水,将电镀好、水洗过的工件直接放入发黑水内进行反应,待工件呈黑色,将工件拿出,水洗烘干待加工。为达到仿古的效果,将电镀过黑镍、枪色或发黑的工件用尼龙抛光轮进行抛光。视所需效果,如果需黄色重一些,则抛光力度大一些;如果要古色重一些,则抛光力度小一些。由于青铜易被氧化变色,对处理好的工件必须尽快进行封闭处理。一般采用电镀清漆进行喷涂,要求不高的工件用电镀清漆浸涂,对喷涂或浸涂后的工件再进行烘干、包装。

2.2滚镀青古铜

对于批量比较大、体积比较小的饰品和工件,往往采用滚镀的方法。将待镀工件及饰品进行除蜡、除油处理,经活化后直接放人滚桶中进行青铜电镀,预想的色度调整,按挂镀青铜槽液的调整办法,滚镀时间在一小时以上。当工件滚镀到有足够厚度时,工件出槽水洗,然后放入发黑水中进行处理,视工件表面发黑的程度及时将工件捞出,再进行水洗,待加工。

为达到青古铜的效果,工件需在滚光桶内进行滚光。在滚光时视工件的大小,合理调整放人滚光桶内磨料石的大小和形状,将工件放人滚光桶内进行滚光,并不时对滚光效果进行观察,待达到理想的仿古效果时,将工件倒出滚光桶进行水洗和烘干。用电镀清漆对工件进行浸涂,当各工件浸涂均匀时,沥去多余清漆,然后烘干包装。

3红古铜电镀

红古铜饰品在我们的Et常生活中应用比较多,特别是出口到欧洲的五金制品及饰品,红古铜所占比例比较大。

3.1挂镀红古铜

对待镀工件及饰品进行除蜡、除油处理,经活化后先电镀碱铜,电镀时间在lO分钟左右,出槽后水洗、中和、活化,再进行硫酸铜光亮电镀。电镀时间为20分钟以上,待镀层足够厚时,出槽进行水洗、活化、直接电镀黑镍或枪色,电镀时间以工件表面黑色均匀为宜,然后水洗,烘干,待加工。也可将硫酸铜光亮电镀的工件经水洗后进行发黑处理,一般采用5%的硫化钾水溶液进行浸泡,反复翻动,待工件表面呈现黑色或褐色时,将工件捞出,水洗,烘干,待加工。

将镀过黑镍及枪色或发黑过的工件,用尼龙轮进行抛光,视其对古色的要求掌握抛光的轻重,当工件达到所需效果后,喷涂电镀清漆,然后烘干包装。3.2滚镀红古铜

批量比较大,体积比较小的工件,要获得红古铜的效果,需采用滚镀的方法。将施镀工件先进行除蜡、除油处理,经活化后直接滚镀碱铜,电镀时间1小时以上,当滚镀铜的厚度达到足够厚时,将工件进行水洗,然后倒出滚桶,再用专用盛具盛工件,放人5%硫化钾水溶液中进行发黑处理,当发黑到一定程度后,及时从硫化钾水溶液中取出,待加工。为达到其红古铜的效果,工件需在滚光桶内进行滚光处理,在滚光时视工件的大小和形状,合理放人磨料石的大小和形状。将工件放人滚光桶内,加入适量的水,进行滚光,当达到理想的红古铜效果时,将工件从滚桶内取出,水洗,烘干。将烘干的工件用电镀清漆进行浸涂处理,浸涂均匀后,沥去多余清漆,然后烘干,包装。

4古镍电镀

古镍电镀也是一种仿古电镀,镀后的工件和饰品,能达到一种特殊的古白色,深受人们的喜爱,适于电镀的各种底材均可进行古镍电镀处理。将工件进行除蜡、除油处理,经活化后挂镀碱铜,挂镀时间在5一lO分钟,然后出槽经水洗、中和。再挂镀光亮硫酸铜,挂镀时间为5一lO分钟,表面达到光亮后出槽。经水洗活化后,挂镀亮镍,挂镀时间l5分钟。当电镀镍层达到足够厚度时出槽,直接挂镀黑镍或枪色,电镀时间5分钟左右,当镀件表面呈均匀黑色或枪色时出槽,水洗,并烘干,待加工。

经烘干的工件用尼龙轮进行抛光处理。如果工件要求白度高一些,则抛光力度适当大一些;如果要求古色重一些,则抛光力度小一些。当工件达到要求后,用电镀清漆进行喷涂处理,然后烘干包装。特殊装饰性电镀除以上介绍的外,有古银电镀、无镍电镀等品种。很多镀后处理方法并没有成形的工艺,是在实践中摸索出的方法。以上的仿古电镀工艺仅供参考。 查看全部
青古铜、红古铜、古镍的装饰性电镀工艺

1.前言

近十几年来,随着我国经济的迅速发展,电镀行业无论从工艺、技术等方面都到了快速的提高,特别是国外电镀原材料的快速进入,也给电镀业增加了活力,新的电镀品种和工艺不断涌现。从行业布局来看,在国内已初步形成了一些产业带,南北差异逐步拉大。目前电镀业比较发达的区域为珠江三角洲和长江三角洲,这与区域的经济发展也有一定的关系,在这两个区域内已形成了很多电镀园区,有的几十家,有的几百家电镀厂集中在一起,已形成了产业群。这样的集中生产,有利于电镀废水的综合治理和产业的发展;在北方和西部几乎还是过去单打独斗的产业格局,大部分还局限于自给自足的状况,有些企业工艺技术水平还相当落后。

随着社会需求的多样性,特殊装饰性电镀也越来越受到人们的青睐,特别是仿古电镀,越来越多地应用到五金及各种饰件上。

2青古铜电镀

青古铜电镀属装饰性电镀,多用于饰品及五金和艺术品电镀,所镀成品有古色古香的感觉。适镀的各种底材都可以电镀,高装饰性的及大型的产品采用挂镀;大批量、小型饰件采用滚镀的方式。

2.1挂镀青古铜

先将工件进行除蜡、除油处理,活化后直接挂镀青铜,也可以用碱铜打底,然后再镀青铜。视所需效果,如镀件所要青色重一些,则在原电镀液配比的基础上增加锌的含量;如果要黄色重一些,则在原电镀液的配比基础上增加铜的含量。电镀时间控制在20分钟以上,然后出槽。

对镀层足够厚的工件,出槽后可水洗,活化后直接电镀黑镍和枪色,电镀时间不超过5分钟,以镀件色度均匀为宜,然后出槽水洗,烘干待加工。也可将电镀件直接发黑处理。现市售有专门的发黑水,将电镀好、水洗过的工件直接放入发黑水内进行反应,待工件呈黑色,将工件拿出,水洗烘干待加工。为达到仿古的效果,将电镀过黑镍、枪色或发黑的工件用尼龙抛光轮进行抛光。视所需效果,如果需黄色重一些,则抛光力度大一些;如果要古色重一些,则抛光力度小一些。由于青铜易被氧化变色,对处理好的工件必须尽快进行封闭处理。一般采用电镀清漆进行喷涂,要求不高的工件用电镀清漆浸涂,对喷涂或浸涂后的工件再进行烘干、包装。

2.2滚镀青古铜

对于批量比较大、体积比较小的饰品和工件,往往采用滚镀的方法。将待镀工件及饰品进行除蜡、除油处理,经活化后直接放人滚桶中进行青铜电镀,预想的色度调整,按挂镀青铜槽液的调整办法,滚镀时间在一小时以上。当工件滚镀到有足够厚度时,工件出槽水洗,然后放入发黑水中进行处理,视工件表面发黑的程度及时将工件捞出,再进行水洗,待加工。

为达到青古铜的效果,工件需在滚光桶内进行滚光。在滚光时视工件的大小,合理调整放人滚光桶内磨料石的大小和形状,将工件放人滚光桶内进行滚光,并不时对滚光效果进行观察,待达到理想的仿古效果时,将工件倒出滚光桶进行水洗和烘干。用电镀清漆对工件进行浸涂,当各工件浸涂均匀时,沥去多余清漆,然后烘干包装。

3红古铜电镀

红古铜饰品在我们的Et常生活中应用比较多,特别是出口到欧洲的五金制品及饰品,红古铜所占比例比较大。

3.1挂镀红古铜

对待镀工件及饰品进行除蜡、除油处理,经活化后先电镀碱铜,电镀时间在lO分钟左右,出槽后水洗、中和、活化,再进行硫酸铜光亮电镀。电镀时间为20分钟以上,待镀层足够厚时,出槽进行水洗、活化、直接电镀黑镍或枪色,电镀时间以工件表面黑色均匀为宜,然后水洗,烘干,待加工。也可将硫酸铜光亮电镀的工件经水洗后进行发黑处理,一般采用5%的硫化钾水溶液进行浸泡,反复翻动,待工件表面呈现黑色或褐色时,将工件捞出,水洗,烘干,待加工。

将镀过黑镍及枪色或发黑过的工件,用尼龙轮进行抛光,视其对古色的要求掌握抛光的轻重,当工件达到所需效果后,喷涂电镀清漆,然后烘干包装。3.2滚镀红古铜

批量比较大,体积比较小的工件,要获得红古铜的效果,需采用滚镀的方法。将施镀工件先进行除蜡、除油处理,经活化后直接滚镀碱铜,电镀时间1小时以上,当滚镀铜的厚度达到足够厚时,将工件进行水洗,然后倒出滚桶,再用专用盛具盛工件,放人5%硫化钾水溶液中进行发黑处理,当发黑到一定程度后,及时从硫化钾水溶液中取出,待加工。为达到其红古铜的效果,工件需在滚光桶内进行滚光处理,在滚光时视工件的大小和形状,合理放人磨料石的大小和形状。将工件放人滚光桶内,加入适量的水,进行滚光,当达到理想的红古铜效果时,将工件从滚桶内取出,水洗,烘干。将烘干的工件用电镀清漆进行浸涂处理,浸涂均匀后,沥去多余清漆,然后烘干,包装。

4古镍电镀

古镍电镀也是一种仿古电镀,镀后的工件和饰品,能达到一种特殊的古白色,深受人们的喜爱,适于电镀的各种底材均可进行古镍电镀处理。将工件进行除蜡、除油处理,经活化后挂镀碱铜,挂镀时间在5一lO分钟,然后出槽经水洗、中和。再挂镀光亮硫酸铜,挂镀时间为5一lO分钟,表面达到光亮后出槽。经水洗活化后,挂镀亮镍,挂镀时间l5分钟。当电镀镍层达到足够厚度时出槽,直接挂镀黑镍或枪色,电镀时间5分钟左右,当镀件表面呈均匀黑色或枪色时出槽,水洗,并烘干,待加工。

经烘干的工件用尼龙轮进行抛光处理。如果工件要求白度高一些,则抛光力度适当大一些;如果要求古色重一些,则抛光力度小一些。当工件达到要求后,用电镀清漆进行喷涂处理,然后烘干包装。特殊装饰性电镀除以上介绍的外,有古银电镀、无镍电镀等品种。很多镀后处理方法并没有成形的工艺,是在实践中摸索出的方法。以上的仿古电镀工艺仅供参考。
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纳米电镀有多神奇,你又了解多少了?

智能制造类 星旭自动化 2016-11-15 22:51 发表了文章 来自相关话题

一、纳米晶电镀概念


将非水溶性的纳米固体微粒加入到电镀溶液中,在电镀过程中使其与主体金属共沉积在基材上,得到的镀层即为纳米复合镀层。近年来使用较多的是纳米碳化硅(SiC)二氧化钛(TiO2)等。就在刚刚结束的2016国际表面精饰联盟理事会议上,欧洲表面技术研究会执委、来自奥地利乐镀有限公司的W.E.G. Hansal博士发表特邀报告,内容主要涉及基于通过脉冲电镀获得纳米晶,探讨多功能镀层系统的制备可行性及其应用,并且认为加入粒子获得的分散镀层硬度和耐磨性比纯纳米晶镀层更好且更稳定。








二、什么是纳米



纳米是一种长度单位,一纳米为百分之一毫米(即一毫微米),为一米的十亿分之一,略等于4至5个原子排列起来的长度。它正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带,被称为纳米世界。国际上把物质的粒径在100纳米以下的微小结构称为纳米结构,这类材料称为纳米材料。纳米材料中包含了若干个原子、分子,使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。在这种水平上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。







三、纳米镀层的优点

该类镀层具有比普通复合镀层更优异的性能,可大大提高镀层的工作温度、

耐磨性、耐蚀性等。因而纳米复合电镀技术已成为近年来国内外竞相研究的热点。目前已制备出多种具有不同功能的纳米复合镀层,并有部分工艺已应用到生产实践中。采用纳米级混合颗粒,在金属表面形成高致密度,结合力强的电沉积复合镀层。复合镀层显微硬度能大幅度提高,耐磨性提高2-3倍,使用寿命提高3-5倍,镀层与基体的结合力提高40%,覆盖能力强、镀层均匀、平滑、细致。而现在电镀大多是传统方法,随着市场对电镀镀层质量和各种特性要求的提高,纳米电镀也就成为未来电镀发展重要方向。







四、为什么说纳米复合镀层是我们电镀未来发展的重点领域


其实在近三十年来,作为科学研究热点,来自碳家族的材料明星辈出,包括碳纤维、碳60、金刚石、碳纳米管、石墨烯、碳化硅等都是当下的研究热门。

日前,美国加州大学洛杉矶分校研究小组最新研制出一种超高强度,且非常轻的金属材料,他们使用一种新方法分散和稳定纳米微粒进入熔化状态的镁。这种新型金属材料是加入密集分散型纳米碳化硅微粒的镁,它可用于制造轻型飞机、太空飞船和汽车,有助于提高燃料效率,同时还可用于手机电子和生物医学设备制造领域。








(上图为纳米微粒分散在熔化镁金属中排列状态)


该研究项目负责人李晓春和美国加州大学洛杉矶分校制造工程系雷声·查尔(Raythe-onChair)指出,纳米微粒能够在不损坏其可塑性的前提下,真实提高金属强度,尤其是像镁这样的轻重量金属,但是迄今为止没有研究小组能够将陶瓷纳米微粒分散在熔化金属中。这一种新的方法增强金属性能结构金属是一种承载金属,它用于建筑业和汽车制造。镁仅是铝密度的2/3,是最轻的结构金属。碳化硅是一种超硬陶瓷材料,通常用于制造工业刀片。目前,这项最新技术灌输大量碳化硅微粒(直径小于100纳米)进入熔化状态的镁金属,从而显着提高了金属的强度、刚度、可塑性和高温下的持久度。目前,这种新型金属材料14%是碳化硅纳米微粒,86%是镁锌合金。







而我们电镀用共沉积的方法将具有更佳的优越性,与更广阔市场!外加纳米粉搅拌电镀,这类电镀得到的镀层,是挟杂着纳米粉颗粒,镀层晶体包裹着纳米颗粒,这种镀层具有高性能轴承合金的特点,耐磨性优于单金属镀层。







五、生成纳米晶体颗粒的原理

1、通过断流脉冲电源的作用生成纳米晶体的电镀

晶体的生长过程是由晶核形成,晶核生长成晶胞,晶胞生长成晶体的过程,在这过程中,如果电流不间断,晶体可以向所有空间生长,并不断地生成晶枝,使晶体间存在空穴,导致电镀生成的晶体不象热融后冷却生长的晶体。断流脉冲电源能在电流停止的时候,晶体也同时停止生长。在电流重新导通时,新的晶核又重形成。







2、通过添加剂的作用生成纳米晶体的电镀

跟前论述的一样,在电镀过程中,晶体生长的过程是不变的。在电流不间断的条件下,晶体总是向纵向生长,及向晶枝长大的方向成长,使晶枝不断地长大,最终结果是晶枝之间的空穴很多,导致镀层的致密性差。添加剂的作用是添加剂本身吸收微观高电流密度点电了,抑制晶枝的生长,使新的晶核生成。金属离子型晶体生长抑制剂除具有上述的性能之外,它在这一个微观点上生成另外一种金属,使镀层里面均匀地分布着另外一种金属颗粒。这些金属可以根据镀层性能的需要来添加。







六、具体工艺例子

1、纳米Ni2 SiC复合电镀工艺

NiSO4·6H2O      300 g/L

NiCl2·6H2O        35 g/L

H3BO3               40 g/L

糖精                   1 g/L

OP-10                0.2 ~0.8 g/L

纳米碳化硅SiC(0.5μm) 20 ~ 80 g/L

阴极电流密度       1 ~ 4 A/dm2

pH                  2.5 ~ 5.5

选用对微粒有润湿、分散、除污等作用的OP-10表面活性剂。工艺条件为:阴极电流密度4 A/dm2,SiC微粒悬浮量60 g/L,温度40 °C,pH 2.5,搅拌速率300 r/min。随着OP-10 含量的增加,镀层的硬度先下降后上升,在OP-10 含量为0.8 g/L 时,硬度达到最大值。OP-10 促进了Ni 金属与微粒的共沉积,是一种较好的共沉积促进剂,它能使微粒在镀液中分散悬浮,并使微粒表面电势升高,有利于阴极沉积[8],从而使镀层中 SiC 微粒含量增加,提高了镀层的硬度(从600 HV增至1 000 HV),远大于纯镍镀层的硬度(210 HV)。







2、替代硬铬镀层纳米晶镍钴铁镀层

为解决电镀铬工艺严重污染环境的问题,研究开发了低污染且具有良好外观的“纳米镍钴铁合金代替硬铬镀层”。

其基础配方为:

硫酸镍(NiS04·6H20)    200-260g/L

氯化镍(NiCl2·6H20)     35-50g/L

硫酸钴(COS04·7H2O)   20-50g/L

硫酸亚铁(FeS04·7H20)   15-60g/L

添加剂LJ-099a          5-10g/L

硬化剂LJ-099b          10-15g/L

纳米催化剂LJ-099c      3-10g/L

硼酸(H3B03)            35g-45/L


该合金镀层的耐蚀性2.6倍于铬镀层,耐磨性由于Ni3Fe和NiC03金属互化物的硬化而产生高耐磨性。该合金镀层的耐磨性2倍于铬镀层。该合金具有相当高的硬度,镀态硬度达750HV在300~500℃进行热处理,硬度将会进一步提高,硬度为1300(Hv)。优异的耐磨性,镀态硬度HV750~1300(HRC63~67),耐磨性比镀铬层高2~3倍;磨擦系数比镀铬层低1.5倍。







七 、结论


纳米微粒的加入能显著提高复合镀层的性能,并能节省材料,减少污染,因而纳米复合电镀技术的研究与应用有广阔的发展前景。但由于人们对纳米材料认识的局限及复合电镀工艺研究的不完善,纳米复合电镀技术的研究才刚刚开始。纳米微粒与金属微粒的共沉积机理、纳米微粒在镀液中的稳定与分散、如何提高纳米微粒在复合镀层中的共析量和纳米微粒在镀层中的行为与镀层性能的关系等问题都有待于我们电镀人更进一步深入研究。

 




 
 
来源:1号机器人

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一、纳米晶电镀概念


将非水溶性的纳米固体微粒加入到电镀溶液中,在电镀过程中使其与主体金属共沉积在基材上,得到的镀层即为纳米复合镀层。近年来使用较多的是纳米碳化硅(SiC)二氧化钛(TiO2)等。就在刚刚结束的2016国际表面精饰联盟理事会议上,欧洲表面技术研究会执委、来自奥地利乐镀有限公司的W.E.G. Hansal博士发表特邀报告,内容主要涉及基于通过脉冲电镀获得纳米晶,探讨多功能镀层系统的制备可行性及其应用,并且认为加入粒子获得的分散镀层硬度和耐磨性比纯纳米晶镀层更好且更稳定。


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二、什么是纳米



纳米是一种长度单位,一纳米为百分之一毫米(即一毫微米),为一米的十亿分之一,略等于4至5个原子排列起来的长度。它正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带,被称为纳米世界。国际上把物质的粒径在100纳米以下的微小结构称为纳米结构,这类材料称为纳米材料。纳米材料中包含了若干个原子、分子,使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。在这种水平上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。

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三、纳米镀层的优点

该类镀层具有比普通复合镀层更优异的性能,可大大提高镀层的工作温度、

耐磨性、耐蚀性等。因而纳米复合电镀技术已成为近年来国内外竞相研究的热点。目前已制备出多种具有不同功能的纳米复合镀层,并有部分工艺已应用到生产实践中。采用纳米级混合颗粒,在金属表面形成高致密度,结合力强的电沉积复合镀层。复合镀层显微硬度能大幅度提高,耐磨性提高2-3倍,使用寿命提高3-5倍,镀层与基体的结合力提高40%,覆盖能力强、镀层均匀、平滑、细致。而现在电镀大多是传统方法,随着市场对电镀镀层质量和各种特性要求的提高,纳米电镀也就成为未来电镀发展重要方向。


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四、为什么说纳米复合镀层是我们电镀未来发展的重点领域


其实在近三十年来,作为科学研究热点,来自碳家族的材料明星辈出,包括碳纤维、碳60、金刚石、碳纳米管、石墨烯、碳化硅等都是当下的研究热门。

日前,美国加州大学洛杉矶分校研究小组最新研制出一种超高强度,且非常轻的金属材料,他们使用一种新方法分散和稳定纳米微粒进入熔化状态的镁。这种新型金属材料是加入密集分散型纳米碳化硅微粒的镁,它可用于制造轻型飞机、太空飞船和汽车,有助于提高燃料效率,同时还可用于手机电子和生物医学设备制造领域。


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(上图为纳米微粒分散在熔化镁金属中排列状态)


该研究项目负责人李晓春和美国加州大学洛杉矶分校制造工程系雷声·查尔(Raythe-onChair)指出,纳米微粒能够在不损坏其可塑性的前提下,真实提高金属强度,尤其是像镁这样的轻重量金属,但是迄今为止没有研究小组能够将陶瓷纳米微粒分散在熔化金属中。这一种新的方法增强金属性能结构金属是一种承载金属,它用于建筑业和汽车制造。镁仅是铝密度的2/3,是最轻的结构金属。碳化硅是一种超硬陶瓷材料,通常用于制造工业刀片。目前,这项最新技术灌输大量碳化硅微粒(直径小于100纳米)进入熔化状态的镁金属,从而显着提高了金属的强度、刚度、可塑性和高温下的持久度。目前,这种新型金属材料14%是碳化硅纳米微粒,86%是镁锌合金。

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而我们电镀用共沉积的方法将具有更佳的优越性,与更广阔市场!外加纳米粉搅拌电镀,这类电镀得到的镀层,是挟杂着纳米粉颗粒,镀层晶体包裹着纳米颗粒,这种镀层具有高性能轴承合金的特点,耐磨性优于单金属镀层。


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五、生成纳米晶体颗粒的原理

1、通过断流脉冲电源的作用生成纳米晶体的电镀


晶体的生长过程是由晶核形成,晶核生长成晶胞,晶胞生长成晶体的过程,在这过程中,如果电流不间断,晶体可以向所有空间生长,并不断地生成晶枝,使晶体间存在空穴,导致电镀生成的晶体不象热融后冷却生长的晶体。断流脉冲电源能在电流停止的时候,晶体也同时停止生长。在电流重新导通时,新的晶核又重形成。


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2、通过添加剂的作用生成纳米晶体的电镀

跟前论述的一样,在电镀过程中,晶体生长的过程是不变的。在电流不间断的条件下,晶体总是向纵向生长,及向晶枝长大的方向成长,使晶枝不断地长大,最终结果是晶枝之间的空穴很多,导致镀层的致密性差。添加剂的作用是添加剂本身吸收微观高电流密度点电了,抑制晶枝的生长,使新的晶核生成。金属离子型晶体生长抑制剂除具有上述的性能之外,它在这一个微观点上生成另外一种金属,使镀层里面均匀地分布着另外一种金属颗粒。这些金属可以根据镀层性能的需要来添加。


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六、具体工艺例子

1、纳米Ni2 SiC复合电镀工艺

NiSO4·6H2O      300 g/L

NiCl2·6H2O        35 g/L

H3BO3               40 g/L

糖精                   1 g/L

OP-10                0.2 ~0.8 g/L

纳米碳化硅SiC(0.5μm) 20 ~ 80 g/L

阴极电流密度       1 ~ 4 A/dm2

pH                  2.5 ~ 5.5

选用对微粒有润湿、分散、除污等作用的OP-10表面活性剂。工艺条件为:阴极电流密度4 A/dm2,SiC微粒悬浮量60 g/L,温度40 °C,pH 2.5,搅拌速率300 r/min。随着OP-10 含量的增加,镀层的硬度先下降后上升,在OP-10 含量为0.8 g/L 时,硬度达到最大值。OP-10 促进了Ni 金属与微粒的共沉积,是一种较好的共沉积促进剂,它能使微粒在镀液中分散悬浮,并使微粒表面电势升高,有利于阴极沉积[8],从而使镀层中 SiC 微粒含量增加,提高了镀层的硬度(从600 HV增至1 000 HV),远大于纯镍镀层的硬度(210 HV)。


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2、替代硬铬镀层纳米晶镍钴铁镀层

为解决电镀铬工艺严重污染环境的问题,研究开发了低污染且具有良好外观的“纳米镍钴铁合金代替硬铬镀层”。

其基础配方为:

硫酸镍(NiS04·6H20)    200-260g/L

氯化镍(NiCl2·6H20)     35-50g/L

硫酸钴(COS04·7H2O)   20-50g/L

硫酸亚铁(FeS04·7H20)   15-60g/L

添加剂LJ-099a          5-10g/L

硬化剂LJ-099b          10-15g/L

纳米催化剂LJ-099c      3-10g/L

硼酸(H3B03)            35g-45/L


该合金镀层的耐蚀性2.6倍于铬镀层,耐磨性由于Ni3Fe和NiC03金属互化物的硬化而产生高耐磨性。该合金镀层的耐磨性2倍于铬镀层。该合金具有相当高的硬度,镀态硬度达750HV在300~500℃进行热处理,硬度将会进一步提高,硬度为1300(Hv)。优异的耐磨性,镀态硬度HV750~1300(HRC63~67),耐磨性比镀铬层高2~3倍;磨擦系数比镀铬层低1.5倍。


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七 、结论


纳米微粒的加入能显著提高复合镀层的性能,并能节省材料,减少污染,因而纳米复合电镀技术的研究与应用有广阔的发展前景。但由于人们对纳米材料认识的局限及复合电镀工艺研究的不完善,纳米复合电镀技术的研究才刚刚开始。纳米微粒与金属微粒的共沉积机理、纳米微粒在镀液中的稳定与分散、如何提高纳米微粒在复合镀层中的共析量和纳米微粒在镀层中的行为与镀层性能的关系等问题都有待于我们电镀人更进一步深入研究。

 
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青古铜、红古铜、古镍的装饰性电镀工艺

机械自动化类 牛顿 2017-03-06 10:18 发表了文章 来自相关话题

青古铜、红古铜、古镍的装饰性电镀工艺

1.前言

近十几年来,随着我国经济的迅速发展,电镀行业无论从工艺、技术等方面都到了快速的提高,特别是国外电镀原材料的快速进入,也给电镀业增加了活力,新的电镀品种和工艺不断涌现。从行业布局来看,在国内已初步形成了一些产业带,南北差异逐步拉大。目前电镀业比较发达的区域为珠江三角洲和长江三角洲,这与区域的经济发展也有一定的关系,在这两个区域内已形成了很多电镀园区,有的几十家,有的几百家电镀厂集中在一起,已形成了产业群。这样的集中生产,有利于电镀废水的综合治理和产业的发展;在北方和西部几乎还是过去单打独斗的产业格局,大部分还局限于自给自足的状况,有些企业工艺技术水平还相当落后。

随着社会需求的多样性,特殊装饰性电镀也越来越受到人们的青睐,特别是仿古电镀,越来越多地应用到五金及各种饰件上。

2青古铜电镀

青古铜电镀属装饰性电镀,多用于饰品及五金和艺术品电镀,所镀成品有古色古香的感觉。适镀的各种底材都可以电镀,高装饰性的及大型的产品采用挂镀;大批量、小型饰件采用滚镀的方式。

2.1挂镀青古铜

先将工件进行除蜡、除油处理,活化后直接挂镀青铜,也可以用碱铜打底,然后再镀青铜。视所需效果,如镀件所要青色重一些,则在原电镀液配比的基础上增加锌的含量;如果要黄色重一些,则在原电镀液的配比基础上增加铜的含量。电镀时间控制在20分钟以上,然后出槽。

对镀层足够厚的工件,出槽后可水洗,活化后直接电镀黑镍和枪色,电镀时间不超过5分钟,以镀件色度均匀为宜,然后出槽水洗,烘干待加工。也可将电镀件直接发黑处理。现市售有专门的发黑水,将电镀好、水洗过的工件直接放入发黑水内进行反应,待工件呈黑色,将工件拿出,水洗烘干待加工。为达到仿古的效果,将电镀过黑镍、枪色或发黑的工件用尼龙抛光轮进行抛光。视所需效果,如果需黄色重一些,则抛光力度大一些;如果要古色重一些,则抛光力度小一些。由于青铜易被氧化变色,对处理好的工件必须尽快进行封闭处理。一般采用电镀清漆进行喷涂,要求不高的工件用电镀清漆浸涂,对喷涂或浸涂后的工件再进行烘干、包装。

2.2滚镀青古铜

对于批量比较大、体积比较小的饰品和工件,往往采用滚镀的方法。将待镀工件及饰品进行除蜡、除油处理,经活化后直接放人滚桶中进行青铜电镀,预想的色度调整,按挂镀青铜槽液的调整办法,滚镀时间在一小时以上。当工件滚镀到有足够厚度时,工件出槽水洗,然后放入发黑水中进行处理,视工件表面发黑的程度及时将工件捞出,再进行水洗,待加工。

为达到青古铜的效果,工件需在滚光桶内进行滚光。在滚光时视工件的大小,合理调整放人滚光桶内磨料石的大小和形状,将工件放人滚光桶内进行滚光,并不时对滚光效果进行观察,待达到理想的仿古效果时,将工件倒出滚光桶进行水洗和烘干。用电镀清漆对工件进行浸涂,当各工件浸涂均匀时,沥去多余清漆,然后烘干包装。

3红古铜电镀

红古铜饰品在我们的Et常生活中应用比较多,特别是出口到欧洲的五金制品及饰品,红古铜所占比例比较大。

3.1挂镀红古铜

对待镀工件及饰品进行除蜡、除油处理,经活化后先电镀碱铜,电镀时间在lO分钟左右,出槽后水洗、中和、活化,再进行硫酸铜光亮电镀。电镀时间为20分钟以上,待镀层足够厚时,出槽进行水洗、活化、直接电镀黑镍或枪色,电镀时间以工件表面黑色均匀为宜,然后水洗,烘干,待加工。也可将硫酸铜光亮电镀的工件经水洗后进行发黑处理,一般采用5%的硫化钾水溶液进行浸泡,反复翻动,待工件表面呈现黑色或褐色时,将工件捞出,水洗,烘干,待加工。

将镀过黑镍及枪色或发黑过的工件,用尼龙轮进行抛光,视其对古色的要求掌握抛光的轻重,当工件达到所需效果后,喷涂电镀清漆,然后烘干包装。3.2滚镀红古铜

批量比较大,体积比较小的工件,要获得红古铜的效果,需采用滚镀的方法。将施镀工件先进行除蜡、除油处理,经活化后直接滚镀碱铜,电镀时间1小时以上,当滚镀铜的厚度达到足够厚时,将工件进行水洗,然后倒出滚桶,再用专用盛具盛工件,放人5%硫化钾水溶液中进行发黑处理,当发黑到一定程度后,及时从硫化钾水溶液中取出,待加工。为达到其红古铜的效果,工件需在滚光桶内进行滚光处理,在滚光时视工件的大小和形状,合理放人磨料石的大小和形状。将工件放人滚光桶内,加入适量的水,进行滚光,当达到理想的红古铜效果时,将工件从滚桶内取出,水洗,烘干。将烘干的工件用电镀清漆进行浸涂处理,浸涂均匀后,沥去多余清漆,然后烘干,包装。

4古镍电镀

古镍电镀也是一种仿古电镀,镀后的工件和饰品,能达到一种特殊的古白色,深受人们的喜爱,适于电镀的各种底材均可进行古镍电镀处理。将工件进行除蜡、除油处理,经活化后挂镀碱铜,挂镀时间在5一lO分钟,然后出槽经水洗、中和。再挂镀光亮硫酸铜,挂镀时间为5一lO分钟,表面达到光亮后出槽。经水洗活化后,挂镀亮镍,挂镀时间l5分钟。当电镀镍层达到足够厚度时出槽,直接挂镀黑镍或枪色,电镀时间5分钟左右,当镀件表面呈均匀黑色或枪色时出槽,水洗,并烘干,待加工。

经烘干的工件用尼龙轮进行抛光处理。如果工件要求白度高一些,则抛光力度适当大一些;如果要求古色重一些,则抛光力度小一些。当工件达到要求后,用电镀清漆进行喷涂处理,然后烘干包装。特殊装饰性电镀除以上介绍的外,有古银电镀、无镍电镀等品种。很多镀后处理方法并没有成形的工艺,是在实践中摸索出的方法。以上的仿古电镀工艺仅供参考。 查看全部
青古铜、红古铜、古镍的装饰性电镀工艺

1.前言

近十几年来,随着我国经济的迅速发展,电镀行业无论从工艺、技术等方面都到了快速的提高,特别是国外电镀原材料的快速进入,也给电镀业增加了活力,新的电镀品种和工艺不断涌现。从行业布局来看,在国内已初步形成了一些产业带,南北差异逐步拉大。目前电镀业比较发达的区域为珠江三角洲和长江三角洲,这与区域的经济发展也有一定的关系,在这两个区域内已形成了很多电镀园区,有的几十家,有的几百家电镀厂集中在一起,已形成了产业群。这样的集中生产,有利于电镀废水的综合治理和产业的发展;在北方和西部几乎还是过去单打独斗的产业格局,大部分还局限于自给自足的状况,有些企业工艺技术水平还相当落后。

随着社会需求的多样性,特殊装饰性电镀也越来越受到人们的青睐,特别是仿古电镀,越来越多地应用到五金及各种饰件上。

2青古铜电镀

青古铜电镀属装饰性电镀,多用于饰品及五金和艺术品电镀,所镀成品有古色古香的感觉。适镀的各种底材都可以电镀,高装饰性的及大型的产品采用挂镀;大批量、小型饰件采用滚镀的方式。

2.1挂镀青古铜

先将工件进行除蜡、除油处理,活化后直接挂镀青铜,也可以用碱铜打底,然后再镀青铜。视所需效果,如镀件所要青色重一些,则在原电镀液配比的基础上增加锌的含量;如果要黄色重一些,则在原电镀液的配比基础上增加铜的含量。电镀时间控制在20分钟以上,然后出槽。

对镀层足够厚的工件,出槽后可水洗,活化后直接电镀黑镍和枪色,电镀时间不超过5分钟,以镀件色度均匀为宜,然后出槽水洗,烘干待加工。也可将电镀件直接发黑处理。现市售有专门的发黑水,将电镀好、水洗过的工件直接放入发黑水内进行反应,待工件呈黑色,将工件拿出,水洗烘干待加工。为达到仿古的效果,将电镀过黑镍、枪色或发黑的工件用尼龙抛光轮进行抛光。视所需效果,如果需黄色重一些,则抛光力度大一些;如果要古色重一些,则抛光力度小一些。由于青铜易被氧化变色,对处理好的工件必须尽快进行封闭处理。一般采用电镀清漆进行喷涂,要求不高的工件用电镀清漆浸涂,对喷涂或浸涂后的工件再进行烘干、包装。

2.2滚镀青古铜

对于批量比较大、体积比较小的饰品和工件,往往采用滚镀的方法。将待镀工件及饰品进行除蜡、除油处理,经活化后直接放人滚桶中进行青铜电镀,预想的色度调整,按挂镀青铜槽液的调整办法,滚镀时间在一小时以上。当工件滚镀到有足够厚度时,工件出槽水洗,然后放入发黑水中进行处理,视工件表面发黑的程度及时将工件捞出,再进行水洗,待加工。

为达到青古铜的效果,工件需在滚光桶内进行滚光。在滚光时视工件的大小,合理调整放人滚光桶内磨料石的大小和形状,将工件放人滚光桶内进行滚光,并不时对滚光效果进行观察,待达到理想的仿古效果时,将工件倒出滚光桶进行水洗和烘干。用电镀清漆对工件进行浸涂,当各工件浸涂均匀时,沥去多余清漆,然后烘干包装。

3红古铜电镀

红古铜饰品在我们的Et常生活中应用比较多,特别是出口到欧洲的五金制品及饰品,红古铜所占比例比较大。

3.1挂镀红古铜

对待镀工件及饰品进行除蜡、除油处理,经活化后先电镀碱铜,电镀时间在lO分钟左右,出槽后水洗、中和、活化,再进行硫酸铜光亮电镀。电镀时间为20分钟以上,待镀层足够厚时,出槽进行水洗、活化、直接电镀黑镍或枪色,电镀时间以工件表面黑色均匀为宜,然后水洗,烘干,待加工。也可将硫酸铜光亮电镀的工件经水洗后进行发黑处理,一般采用5%的硫化钾水溶液进行浸泡,反复翻动,待工件表面呈现黑色或褐色时,将工件捞出,水洗,烘干,待加工。

将镀过黑镍及枪色或发黑过的工件,用尼龙轮进行抛光,视其对古色的要求掌握抛光的轻重,当工件达到所需效果后,喷涂电镀清漆,然后烘干包装。3.2滚镀红古铜

批量比较大,体积比较小的工件,要获得红古铜的效果,需采用滚镀的方法。将施镀工件先进行除蜡、除油处理,经活化后直接滚镀碱铜,电镀时间1小时以上,当滚镀铜的厚度达到足够厚时,将工件进行水洗,然后倒出滚桶,再用专用盛具盛工件,放人5%硫化钾水溶液中进行发黑处理,当发黑到一定程度后,及时从硫化钾水溶液中取出,待加工。为达到其红古铜的效果,工件需在滚光桶内进行滚光处理,在滚光时视工件的大小和形状,合理放人磨料石的大小和形状。将工件放人滚光桶内,加入适量的水,进行滚光,当达到理想的红古铜效果时,将工件从滚桶内取出,水洗,烘干。将烘干的工件用电镀清漆进行浸涂处理,浸涂均匀后,沥去多余清漆,然后烘干,包装。

4古镍电镀

古镍电镀也是一种仿古电镀,镀后的工件和饰品,能达到一种特殊的古白色,深受人们的喜爱,适于电镀的各种底材均可进行古镍电镀处理。将工件进行除蜡、除油处理,经活化后挂镀碱铜,挂镀时间在5一lO分钟,然后出槽经水洗、中和。再挂镀光亮硫酸铜,挂镀时间为5一lO分钟,表面达到光亮后出槽。经水洗活化后,挂镀亮镍,挂镀时间l5分钟。当电镀镍层达到足够厚度时出槽,直接挂镀黑镍或枪色,电镀时间5分钟左右,当镀件表面呈均匀黑色或枪色时出槽,水洗,并烘干,待加工。

经烘干的工件用尼龙轮进行抛光处理。如果工件要求白度高一些,则抛光力度适当大一些;如果要求古色重一些,则抛光力度小一些。当工件达到要求后,用电镀清漆进行喷涂处理,然后烘干包装。特殊装饰性电镀除以上介绍的外,有古银电镀、无镍电镀等品种。很多镀后处理方法并没有成形的工艺,是在实践中摸索出的方法。以上的仿古电镀工艺仅供参考。
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纳米电镀有多神奇,你又了解多少了?

智能制造类 星旭自动化 2016-11-15 22:51 发表了文章 来自相关话题

一、纳米晶电镀概念


将非水溶性的纳米固体微粒加入到电镀溶液中,在电镀过程中使其与主体金属共沉积在基材上,得到的镀层即为纳米复合镀层。近年来使用较多的是纳米碳化硅(SiC)二氧化钛(TiO2)等。就在刚刚结束的2016国际表面精饰联盟理事会议上,欧洲表面技术研究会执委、来自奥地利乐镀有限公司的W.E.G. Hansal博士发表特邀报告,内容主要涉及基于通过脉冲电镀获得纳米晶,探讨多功能镀层系统的制备可行性及其应用,并且认为加入粒子获得的分散镀层硬度和耐磨性比纯纳米晶镀层更好且更稳定。








二、什么是纳米



纳米是一种长度单位,一纳米为百分之一毫米(即一毫微米),为一米的十亿分之一,略等于4至5个原子排列起来的长度。它正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带,被称为纳米世界。国际上把物质的粒径在100纳米以下的微小结构称为纳米结构,这类材料称为纳米材料。纳米材料中包含了若干个原子、分子,使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。在这种水平上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。







三、纳米镀层的优点

该类镀层具有比普通复合镀层更优异的性能,可大大提高镀层的工作温度、

耐磨性、耐蚀性等。因而纳米复合电镀技术已成为近年来国内外竞相研究的热点。目前已制备出多种具有不同功能的纳米复合镀层,并有部分工艺已应用到生产实践中。采用纳米级混合颗粒,在金属表面形成高致密度,结合力强的电沉积复合镀层。复合镀层显微硬度能大幅度提高,耐磨性提高2-3倍,使用寿命提高3-5倍,镀层与基体的结合力提高40%,覆盖能力强、镀层均匀、平滑、细致。而现在电镀大多是传统方法,随着市场对电镀镀层质量和各种特性要求的提高,纳米电镀也就成为未来电镀发展重要方向。







四、为什么说纳米复合镀层是我们电镀未来发展的重点领域


其实在近三十年来,作为科学研究热点,来自碳家族的材料明星辈出,包括碳纤维、碳60、金刚石、碳纳米管、石墨烯、碳化硅等都是当下的研究热门。

日前,美国加州大学洛杉矶分校研究小组最新研制出一种超高强度,且非常轻的金属材料,他们使用一种新方法分散和稳定纳米微粒进入熔化状态的镁。这种新型金属材料是加入密集分散型纳米碳化硅微粒的镁,它可用于制造轻型飞机、太空飞船和汽车,有助于提高燃料效率,同时还可用于手机电子和生物医学设备制造领域。








(上图为纳米微粒分散在熔化镁金属中排列状态)


该研究项目负责人李晓春和美国加州大学洛杉矶分校制造工程系雷声·查尔(Raythe-onChair)指出,纳米微粒能够在不损坏其可塑性的前提下,真实提高金属强度,尤其是像镁这样的轻重量金属,但是迄今为止没有研究小组能够将陶瓷纳米微粒分散在熔化金属中。这一种新的方法增强金属性能结构金属是一种承载金属,它用于建筑业和汽车制造。镁仅是铝密度的2/3,是最轻的结构金属。碳化硅是一种超硬陶瓷材料,通常用于制造工业刀片。目前,这项最新技术灌输大量碳化硅微粒(直径小于100纳米)进入熔化状态的镁金属,从而显着提高了金属的强度、刚度、可塑性和高温下的持久度。目前,这种新型金属材料14%是碳化硅纳米微粒,86%是镁锌合金。







而我们电镀用共沉积的方法将具有更佳的优越性,与更广阔市场!外加纳米粉搅拌电镀,这类电镀得到的镀层,是挟杂着纳米粉颗粒,镀层晶体包裹着纳米颗粒,这种镀层具有高性能轴承合金的特点,耐磨性优于单金属镀层。







五、生成纳米晶体颗粒的原理

1、通过断流脉冲电源的作用生成纳米晶体的电镀

晶体的生长过程是由晶核形成,晶核生长成晶胞,晶胞生长成晶体的过程,在这过程中,如果电流不间断,晶体可以向所有空间生长,并不断地生成晶枝,使晶体间存在空穴,导致电镀生成的晶体不象热融后冷却生长的晶体。断流脉冲电源能在电流停止的时候,晶体也同时停止生长。在电流重新导通时,新的晶核又重形成。







2、通过添加剂的作用生成纳米晶体的电镀

跟前论述的一样,在电镀过程中,晶体生长的过程是不变的。在电流不间断的条件下,晶体总是向纵向生长,及向晶枝长大的方向成长,使晶枝不断地长大,最终结果是晶枝之间的空穴很多,导致镀层的致密性差。添加剂的作用是添加剂本身吸收微观高电流密度点电了,抑制晶枝的生长,使新的晶核生成。金属离子型晶体生长抑制剂除具有上述的性能之外,它在这一个微观点上生成另外一种金属,使镀层里面均匀地分布着另外一种金属颗粒。这些金属可以根据镀层性能的需要来添加。







六、具体工艺例子

1、纳米Ni2 SiC复合电镀工艺

NiSO4·6H2O      300 g/L

NiCl2·6H2O        35 g/L

H3BO3               40 g/L

糖精                   1 g/L

OP-10                0.2 ~0.8 g/L

纳米碳化硅SiC(0.5μm) 20 ~ 80 g/L

阴极电流密度       1 ~ 4 A/dm2

pH                  2.5 ~ 5.5

选用对微粒有润湿、分散、除污等作用的OP-10表面活性剂。工艺条件为:阴极电流密度4 A/dm2,SiC微粒悬浮量60 g/L,温度40 °C,pH 2.5,搅拌速率300 r/min。随着OP-10 含量的增加,镀层的硬度先下降后上升,在OP-10 含量为0.8 g/L 时,硬度达到最大值。OP-10 促进了Ni 金属与微粒的共沉积,是一种较好的共沉积促进剂,它能使微粒在镀液中分散悬浮,并使微粒表面电势升高,有利于阴极沉积[8],从而使镀层中 SiC 微粒含量增加,提高了镀层的硬度(从600 HV增至1 000 HV),远大于纯镍镀层的硬度(210 HV)。







2、替代硬铬镀层纳米晶镍钴铁镀层

为解决电镀铬工艺严重污染环境的问题,研究开发了低污染且具有良好外观的“纳米镍钴铁合金代替硬铬镀层”。

其基础配方为:

硫酸镍(NiS04·6H20)    200-260g/L

氯化镍(NiCl2·6H20)     35-50g/L

硫酸钴(COS04·7H2O)   20-50g/L

硫酸亚铁(FeS04·7H20)   15-60g/L

添加剂LJ-099a          5-10g/L

硬化剂LJ-099b          10-15g/L

纳米催化剂LJ-099c      3-10g/L

硼酸(H3B03)            35g-45/L


该合金镀层的耐蚀性2.6倍于铬镀层,耐磨性由于Ni3Fe和NiC03金属互化物的硬化而产生高耐磨性。该合金镀层的耐磨性2倍于铬镀层。该合金具有相当高的硬度,镀态硬度达750HV在300~500℃进行热处理,硬度将会进一步提高,硬度为1300(Hv)。优异的耐磨性,镀态硬度HV750~1300(HRC63~67),耐磨性比镀铬层高2~3倍;磨擦系数比镀铬层低1.5倍。







七 、结论


纳米微粒的加入能显著提高复合镀层的性能,并能节省材料,减少污染,因而纳米复合电镀技术的研究与应用有广阔的发展前景。但由于人们对纳米材料认识的局限及复合电镀工艺研究的不完善,纳米复合电镀技术的研究才刚刚开始。纳米微粒与金属微粒的共沉积机理、纳米微粒在镀液中的稳定与分散、如何提高纳米微粒在复合镀层中的共析量和纳米微粒在镀层中的行为与镀层性能的关系等问题都有待于我们电镀人更进一步深入研究。

 




 
 
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一、纳米晶电镀概念


将非水溶性的纳米固体微粒加入到电镀溶液中,在电镀过程中使其与主体金属共沉积在基材上,得到的镀层即为纳米复合镀层。近年来使用较多的是纳米碳化硅(SiC)二氧化钛(TiO2)等。就在刚刚结束的2016国际表面精饰联盟理事会议上,欧洲表面技术研究会执委、来自奥地利乐镀有限公司的W.E.G. Hansal博士发表特邀报告,内容主要涉及基于通过脉冲电镀获得纳米晶,探讨多功能镀层系统的制备可行性及其应用,并且认为加入粒子获得的分散镀层硬度和耐磨性比纯纳米晶镀层更好且更稳定。


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二、什么是纳米



纳米是一种长度单位,一纳米为百分之一毫米(即一毫微米),为一米的十亿分之一,略等于4至5个原子排列起来的长度。它正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带,被称为纳米世界。国际上把物质的粒径在100纳米以下的微小结构称为纳米结构,这类材料称为纳米材料。纳米材料中包含了若干个原子、分子,使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。在这种水平上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。

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三、纳米镀层的优点

该类镀层具有比普通复合镀层更优异的性能,可大大提高镀层的工作温度、

耐磨性、耐蚀性等。因而纳米复合电镀技术已成为近年来国内外竞相研究的热点。目前已制备出多种具有不同功能的纳米复合镀层,并有部分工艺已应用到生产实践中。采用纳米级混合颗粒,在金属表面形成高致密度,结合力强的电沉积复合镀层。复合镀层显微硬度能大幅度提高,耐磨性提高2-3倍,使用寿命提高3-5倍,镀层与基体的结合力提高40%,覆盖能力强、镀层均匀、平滑、细致。而现在电镀大多是传统方法,随着市场对电镀镀层质量和各种特性要求的提高,纳米电镀也就成为未来电镀发展重要方向。


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四、为什么说纳米复合镀层是我们电镀未来发展的重点领域


其实在近三十年来,作为科学研究热点,来自碳家族的材料明星辈出,包括碳纤维、碳60、金刚石、碳纳米管、石墨烯、碳化硅等都是当下的研究热门。

日前,美国加州大学洛杉矶分校研究小组最新研制出一种超高强度,且非常轻的金属材料,他们使用一种新方法分散和稳定纳米微粒进入熔化状态的镁。这种新型金属材料是加入密集分散型纳米碳化硅微粒的镁,它可用于制造轻型飞机、太空飞船和汽车,有助于提高燃料效率,同时还可用于手机电子和生物医学设备制造领域。


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(上图为纳米微粒分散在熔化镁金属中排列状态)


该研究项目负责人李晓春和美国加州大学洛杉矶分校制造工程系雷声·查尔(Raythe-onChair)指出,纳米微粒能够在不损坏其可塑性的前提下,真实提高金属强度,尤其是像镁这样的轻重量金属,但是迄今为止没有研究小组能够将陶瓷纳米微粒分散在熔化金属中。这一种新的方法增强金属性能结构金属是一种承载金属,它用于建筑业和汽车制造。镁仅是铝密度的2/3,是最轻的结构金属。碳化硅是一种超硬陶瓷材料,通常用于制造工业刀片。目前,这项最新技术灌输大量碳化硅微粒(直径小于100纳米)进入熔化状态的镁金属,从而显着提高了金属的强度、刚度、可塑性和高温下的持久度。目前,这种新型金属材料14%是碳化硅纳米微粒,86%是镁锌合金。

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而我们电镀用共沉积的方法将具有更佳的优越性,与更广阔市场!外加纳米粉搅拌电镀,这类电镀得到的镀层,是挟杂着纳米粉颗粒,镀层晶体包裹着纳米颗粒,这种镀层具有高性能轴承合金的特点,耐磨性优于单金属镀层。


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五、生成纳米晶体颗粒的原理

1、通过断流脉冲电源的作用生成纳米晶体的电镀


晶体的生长过程是由晶核形成,晶核生长成晶胞,晶胞生长成晶体的过程,在这过程中,如果电流不间断,晶体可以向所有空间生长,并不断地生成晶枝,使晶体间存在空穴,导致电镀生成的晶体不象热融后冷却生长的晶体。断流脉冲电源能在电流停止的时候,晶体也同时停止生长。在电流重新导通时,新的晶核又重形成。


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2、通过添加剂的作用生成纳米晶体的电镀

跟前论述的一样,在电镀过程中,晶体生长的过程是不变的。在电流不间断的条件下,晶体总是向纵向生长,及向晶枝长大的方向成长,使晶枝不断地长大,最终结果是晶枝之间的空穴很多,导致镀层的致密性差。添加剂的作用是添加剂本身吸收微观高电流密度点电了,抑制晶枝的生长,使新的晶核生成。金属离子型晶体生长抑制剂除具有上述的性能之外,它在这一个微观点上生成另外一种金属,使镀层里面均匀地分布着另外一种金属颗粒。这些金属可以根据镀层性能的需要来添加。


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六、具体工艺例子

1、纳米Ni2 SiC复合电镀工艺

NiSO4·6H2O      300 g/L

NiCl2·6H2O        35 g/L

H3BO3               40 g/L

糖精                   1 g/L

OP-10                0.2 ~0.8 g/L

纳米碳化硅SiC(0.5μm) 20 ~ 80 g/L

阴极电流密度       1 ~ 4 A/dm2

pH                  2.5 ~ 5.5

选用对微粒有润湿、分散、除污等作用的OP-10表面活性剂。工艺条件为:阴极电流密度4 A/dm2,SiC微粒悬浮量60 g/L,温度40 °C,pH 2.5,搅拌速率300 r/min。随着OP-10 含量的增加,镀层的硬度先下降后上升,在OP-10 含量为0.8 g/L 时,硬度达到最大值。OP-10 促进了Ni 金属与微粒的共沉积,是一种较好的共沉积促进剂,它能使微粒在镀液中分散悬浮,并使微粒表面电势升高,有利于阴极沉积[8],从而使镀层中 SiC 微粒含量增加,提高了镀层的硬度(从600 HV增至1 000 HV),远大于纯镍镀层的硬度(210 HV)。


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2、替代硬铬镀层纳米晶镍钴铁镀层

为解决电镀铬工艺严重污染环境的问题,研究开发了低污染且具有良好外观的“纳米镍钴铁合金代替硬铬镀层”。

其基础配方为:

硫酸镍(NiS04·6H20)    200-260g/L

氯化镍(NiCl2·6H20)     35-50g/L

硫酸钴(COS04·7H2O)   20-50g/L

硫酸亚铁(FeS04·7H20)   15-60g/L

添加剂LJ-099a          5-10g/L

硬化剂LJ-099b          10-15g/L

纳米催化剂LJ-099c      3-10g/L

硼酸(H3B03)            35g-45/L


该合金镀层的耐蚀性2.6倍于铬镀层,耐磨性由于Ni3Fe和NiC03金属互化物的硬化而产生高耐磨性。该合金镀层的耐磨性2倍于铬镀层。该合金具有相当高的硬度,镀态硬度达750HV在300~500℃进行热处理,硬度将会进一步提高,硬度为1300(Hv)。优异的耐磨性,镀态硬度HV750~1300(HRC63~67),耐磨性比镀铬层高2~3倍;磨擦系数比镀铬层低1.5倍。


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七 、结论


纳米微粒的加入能显著提高复合镀层的性能,并能节省材料,减少污染,因而纳米复合电镀技术的研究与应用有广阔的发展前景。但由于人们对纳米材料认识的局限及复合电镀工艺研究的不完善,纳米复合电镀技术的研究才刚刚开始。纳米微粒与金属微粒的共沉积机理、纳米微粒在镀液中的稳定与分散、如何提高纳米微粒在复合镀层中的共析量和纳米微粒在镀层中的行为与镀层性能的关系等问题都有待于我们电镀人更进一步深入研究。

 
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来源:1号机器人

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