专利名称：氨基磺酸镀镍液和镀镍方法
技术领域：
本发明涉及一种金属表面电镀液，尤其涉及一种氨基磺酸镍电镀液， 及镀镍方法。
背景技术：
电镀技术是表面工程技术的重要内容之一，是制造业产业链中不可缺 少的一个环节。虽然电镀层具有功能性、防腐性及装饰性的特点，但是电 镀行业却是一个高污染的行业，其生产过程中需要大量耗能、耗水及消耗 有色金属。随着科学技术的突飞猛进及先进制造业的高速发展，对电镀技 术也提出了更多更高的要求，为此电镀新工艺、新材料及新设备不断涌现。
镀镍在电镀生产中占有重要的地位，被广泛应用于防护装饰及功能性 电镀中。镀镍方法的种类繁多，主要有瓦特型镀镍、氨基磺酸镀镍、全硫 酸盐镀镍和氯化物镀镍等。在诸多方法中，由于氨基磺酸镀镍以其沉积速 度快、结晶细致、镀液分散性好以及能获得低应力的柔韧性厚镀层，而被 广泛应用于电铸、尺寸修复、印制镀金前镀镍及快速自动化生产中。
中国发明专利ZL98114933.2公开了 一种电镀低应力镍的组合物及其 电镀方法。其组合物包括l一7个碳原子的垸链磺酸镍、芳族磺酸、卤化 镍及缓冲盐，该组合物用于钢管、钢丝和扁钢的镀镍。
中国发明专利申请200610159936.4公开了 一种镍电镀液的制造方 法，该方法使用硫酸镍、柠檬酸钠和柠檬酸配制镍电镀液，并将其应用于 铜箔的电镀中。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种氨基磺酸镍电镀液，包括氨基磺酸 镍、硼酸和氯化镍。用该电镀液电镀金属表面，形成的镀层稳定性良好、 且连续完整、无针孔、无起泡脱落，镀层无残余应力。
本发明的另一个目的在于提供一种氨基磺酸镍电镀液，包括氨基磺酸镍、硼酸、氯化镍和光亮剂。用该电镀液电镀金属表面，形成的镀层稳定性良好、且连续完整、无针孔、无起泡脱落，镀层无残余应力。加入光亮剂后制得的镀层更平整和光亮。
本发明的另一个目的在于提供一种氨基磺酸镍电镀方法，铝合金使用该方法电镀镍后，制得的产品表面形成稳定性良好、光亮平整、连续完整、无起泡脱落的镍镀层。
本发明所述的氨基磺酸镍镀液通过液体氨基磺酸镍、缓冲液和氯化镍
的组合，形成pH值范围为3.1—4.9的混合电镀盐溶液。
电镀过程中，氨基磺酸镍提供不断消耗的N产离子，其含量范围选择较宽。当其在电镀液中的含量较低时(小于200g/L)，镀液分散性好，所得镀层结晶细致，但沉积速度慢。当其在电镀液中的含量过高时(大于800g/L)，镀液分散性差，从而使得镀液带出量大。
氯化镍具有较好的水溶性，并为电镀提供氯离子。镀液中的氯离子使得阳极溶解的N产离子与Cl—离子相互作用并迅速扩散，从而防止阳极区N产离子浓度过高而发生的阳极钝化情形，还能进一步加快N产离子在阳极的溶解。当氯离子浓度过高时(大于50g/L)，所制得的镀层硬度及内应力过大。氯离子浓度较低时(小于2.7g/L)，虽然所得镀层延展性好，内应力也低，但是易导致阳极钝化和pH值下降，使得镀液不稳定。
缓冲液起到控制电镀液pH值的作用。pKa值在3.1—4.9范围内的弱酸及其盐均可以作为本发明所述电镀液的缓冲液使用。常用缓冲液如50mM甘氨酸一盐酸(pH范围2.2 — 5.0) 、 50mM邻笨二甲酸一盐酸(pH范围2.2 —3.8) 、 100mM柠檬酸一拧檬酸钠(pH范围3.0 — 6.6)禾口200mM乙酸一乙酸钠(pH范围3.6 —5.8)等。
一种氨基磺酸镍电镀液由氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍组成，其中氨基磺酸镍的浓度为100—1000g/L，硼酸浓度为10—100g/L，氯化镍浓度为5 — 90g/L，溶液pH值为3.5 — 4.5。
另一种氨基磺酸镍电镀液由氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍组成，其中氨基磺酸镍的浓度为200 — 800g/L，硼酸浓度为10_100g/L，氯化镍浓度为5 — 90g/L，溶液pH值为3.8 —4.2。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为150g/L，硼酸
4浓度为10g/L，氯化镍浓度为5g/L，溶液pH值为3.8 — 4.2。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为300g/L，硼酸浓度为25g/L，氯化镍浓度为15g/L，溶液pH值为3.8 — 4.2。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为480g/L，硼酸浓度为40g/L，氯化镍浓度为25g/L，溶液pH值为3.8 — 4.2。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为650g/L，硼酸浓度为50g/L，氯化镍浓度为45g/L，溶液pH值为3.8 — 4.2。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为800g/L，硼酸浓度为70g/L，氯化镍浓度为60g/L，溶液pH值为3.8 — 4.2。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为900g/L，硼酸浓度为90g/L，氯化镍浓度为80g/L，溶液pH值为3.8 — 4.2。
光亮剂能提高镀层的平整性和光亮性。为了使镍镀层更为平整和光亮美观，上述每升氨基磺酸镍电镀液中还可以加入0.1—20ml的光亮剂。所
述光亮剂优先选择602光亮剂，购自中国科学院上海微系统与信息技术研究所。
一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为150g/L，硼酸浓度为10g/L，氯化镍浓度为5g/L， 602光亮剂的加入量为lml/L。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为300g/L，硼酸浓度为25g/L，氯化镍浓度为15g/L， 602光亮剂的加入量为4ml/L。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为480g/L，硼酸浓度为40g/L，氯化镍浓度为25g/L， 602光亮剂的加入量为8ml/L。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为650g/L，硼酸浓度为50g/L，氯化镍浓度为45g/L， 602光亮剂的加入量为8ml/L。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为800g/L，硼酸浓度为70g/L，氯化镍浓度为60g/L， 602光亮剂的加入量为15ml/L。
另一种氨基磺酸镍电镀液，其中氨基磺酸镍的浓度为900g/L，硼酸浓度为90g/L，氯化镍浓度为80g/L， 602光亮剂的加入量为18ml/L。
一种氨基磺酸镍电镀液的配制方法为，先根据上述氨基磺酸镍电镀液的组成配制溶液，然后加入活性碳，静置沉淀后取上层澄清溶液，并过滤。
接着，使用0.1MNaOH调节过滤后的溶液至pH3.8 —4.2。之后，加入602光亮剂后进行霍尔槽(Hull Cell)打片实验，以确定镀液中各组分的浓度、pH值和获得良好镀层的电流密度范围等。然后做性能测试测厚度、外观及漆膜附着力。(厚度要求由客户要求确定、外观的测试方法是目测，漆膜附着力检测依据是GB/T9286-1998 (百格试验))。
最后做铝片小样电镀实验，性能测试，若全部符合要求，即可认为配制的氨基磺酸镍电镀液合格。
霍尔槽打片实验不合格的氨基磺酸镍电镀液，在温度为50 65"C范围内，用小于0.5A/dn^的电流电解溶液8小时，然后再用活性炭过滤，在进行霍尔槽打片实验和铝片小样电镀实验。
配制合格的氨基磺酸镍电镀液则需要进行比重测定和镍浓度化学分
比重测试方法为用电子天平称取100ml容量瓶的空重量，然后用容量瓶准确量取配制合格的100ml电镀液，再用电子天平称取其总重量。然后用公式净重量=总重量一容量瓶的空重量，计算得出的比重=净重量/100，计算所得比重应当在1.1 1.4范围内。
镍浓度化学分析方法为准确移取2ml试样至250 ml的锥形瓶中，加入70ml蒸馏水。之后加入pH为10的NH4+缓冲液15ml，溶液呈蓝色。再加入0.5g紫脲酸胺混合物(100g氯化钠中加入0.2g紫脲酸胺，充分混合。)。最后用O.lmolEDTA滴定到紫色为终点，记O.lmol EDTA的体积用量为V (ml)，由公式VX2.9计算得出电镀液中金属镍浓度(g/L)。NH/缓冲液配制方法为溶解54g NH4C1于200ml蒸馏水中，加入浓度为28 — 30% (w/v)氨水312ml，稀释至1L。紫脲酸胺混合物配制方法为100g氯化钠中加入0.2g紫脲酸胺，充分混合。
将以上所述氨基磺酸镍电镀液用于金属材料的表面镍镀层的电镀。所述金属包括铝合金、镁合金、钢带、铜带和不锈钢带等材料。
铝合金(aluminium alloy)是铝金属或以铝为基质的合金，合金中含有铜、硅、镁、锌和锰等主要合金元素，以及镍、铁、钛、铬和锂等次要合金元素。
所述铝合金还包括铝材，即铝和铝合金经加工成一定形状的材料，
6包括板材、带材、箔材、管材、棒材、线材和型材等。
镁合金(magnesium alloy)是以镁为基质的合金，其中加入铝、锌、锰、铈、钍和少量锆或镉等主要合金元素，密度一般在1.8g/cn^左右。具有比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好等特点。
钢是以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。碳钢是一般不添加大量合金元素的材料，其除铁、碳外，还有少量的硅、锰、硫和磷等元素。
钢带(steel-belt)是以碳钢制成的输送带作为带式输送机的牵引和运载构件。
不锈钢(stainless steel)是在碳钢中加入了基本元素——铬的合金材料，其铬元素含量应当大于12%。除铬外，还含有镍、钼、钛、铌、铜和氮等元素。
所述不锈钢还包括经加工成一定形状的材料，包括板材、带材、管材、棒材、线材和型材等。
一种将上述氨基磺酸镍电镀液用于铝巻材表面电镀镍的方法，步骤依
次为脱脂—水洗—脱脂—水洗—酸洗—水洗—浸锌—水洗—酸洗—水洗—浸锌—水洗—酸洗—水洗—浸锌—水洗—电镀镍—水洗—去离子水洗—吹干—烘干。
其中脱脂工艺的温度为50 — 6(TC，时间为20 — 30秒；酸洗工艺的温度为5 — 25"C，时间为10 — 20秒；浸锌工艺的温度为5 — 35'C，时间为10 — 20秒；
电镀镍工艺使用上述氨基磺酸镍电镀液，电流密度范围为7.5A/dm2—15A/dm2;阴阳极距离为4一6厘米；温度为55 —70°C。
电镀镍工艺所用的时间根据具体的需要确定，镍镀层越厚所需时间也越长。本领域普通技术人员完全可以通过电镀时间与镍镀层厚度的实验加以确定实际需要的电镀时间。
铝巻材为纯铝片或纯铝带。
另一种将上述氨基磺酸镍电镀液用于铝巻材表面电镀镍的方法，步骤依次为脱脂—水洗—脱脂—水洗—酸洗—水洗—浸锌—水洗—酸洗—水
7洗—浸锌一水洗—酸洗—水洗4浸锌4水洗一电镀镍—水洗—去离子水 洗—吹干—烘干。
其中脱脂工艺的温度为6(TC，时间为25秒；
酸洗工艺的温度为25。C，时间为15秒；
浸锌工艺的温度为25'C，时间为15秒；
电镀镍工艺使用上述氨基磺酸镍电镀液，电流密度范围为7.5A/dm2 —15A/dm2;阴阳极距离为4—6厘米；温度6(TC。
电镀镍工艺所用的时间根据具体的需要确定，镍镀层越厚所需时间也 越长。本领域普通技术人员完全可以通过电镀时间与镍镀层厚度的实验加 以确定实际需要的电镀时间。
铝巻材为纯铝片或纯铝带。
本发明技术方案实现的有益效果
本发明通过氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍的组合，制得电镀性能很强的 混合盐溶液。将该氨基磺酸镍电镀液用于铝合金、镁合金、钢带、铜带和 不锈钢带等金属材料的表面镍镀层的电镀，金属表面形成的镍镀层稳定性 良好，镀层连续完整、无针孔、无起泡脱落及无残余应力的镀层。生产成
本降低15%以上，镀液循环使用，大幅度减少废液排放。
本发明将一定量的光亮剂加入由氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍组成的电 镀液，电镀金属表面后，形成镍镀层不仅稳定性良好、镀层连续完整、 无针孔、无起泡脱落及无残余应力，还使得电镀层的平整性和光亮度得以 提高，使金属表面更为平整和美观。
本发明将所述氨基磺酸镍电镀液与铝巻材制备方法相结合，使用该方 法和电镀液电镀铝巻材表面后，制得的产品表面形成稳定性良好、平整光 亮、连续完整、结构致密无裂纹、无针孔、无起泡脱落的镍镀层。解决了 普通电镀镍的成本高和污染大的问题，显著地提高了经济效益。
图1为铝巻材表面经电镀镍层后的表面形貌；
图2为铝巻材表面经电镀镍层后的剖面形貌，图中左侧为镍镀层，厚度为L5(im;右侧为铝巻材。
具体实施例方式
以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明 本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说 明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或 者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发 明的权利要求范围中。
实施例1 氨基磺酸镍电镀液的纯铝表面处理 '
液体氨基磺酸镍650g/L，硼酸30g/L和氯化镍25 g/L对铝巻材样品
按铝巻材短流程连续镀镍的工艺进行连续电镀镍处理，工艺依次流程为 脱脂—水洗—脱脂—水洗—酸洗—水洗—浸锌—水洗—酸洗—水洗—浸
锌—水洗—酸洗—水洗—浸锌—水洗—电镀镍—水洗—去离子水洗—吹 干—烘干。
其中脱脂为6(TC， 25秒；酸洗为25。C， 15秒；浸锌为25。C， 15秒； 电镀镍工艺使用8.5 A/dn^电流密度，阴阳极距离5厘米，60°C， 90秒。 样品经水洗、纯水洗、烘干后，表面形成致密均匀的银白色半光亮镀层。
所得镀层外观连续完整、结构致密无裂纹、无针孔且镀层均匀。
实施例2 氨基磺酸镍电镀液的纯铝表面处理
液体氨基磺酸镍650g/L，硼酸30g/L，氯化镍25 g/L， 602光亮剂6 ml/L
对铝巻材样品按铝巻材短流程连续镀镍的工艺进行连续电镀镍处理，工艺
依次流程为脱脂—水洗—脱脂—水洗—酸洗—水洗—浸锌—水洗—酸洗
—水洗4浸锌—水洗—酸洗—水洗—浸锌—水洗—电镀镍—水洗—去离 子水洗—吹干4烘干。
其中脱脂为6(TC， 25秒；酸洗为25。C， 15秒；浸锌为25。C， 15秒； 电镀镍工艺使用12 A/dr^电流密度，阴阳极距离5厘米，60°C， 90秒。 样品经水洗、纯水洗、烘干后，表面形成致密均匀的银白色半光亮镀层。
所得镀层外观连续完整、结构致密无裂纹、无针孔(见图1)且镀层
9均匀(见图2)。
用刀片在镀层上划格(百格试验法)，经测试，漆膜附着力为0级
(GB/T9286-1998)，镀层表面无起泡脱落现象。
焊接强度无脱离、剥落。
权利要求
1、一种氨基磺酸镍电镀液，由氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍组成，其中氨基磺酸镍的浓度为100—1000g/L，硼酸浓度为10—100g/L，氯化镍浓度为5—90g/L，pH值为3.1—4.9。
2、 根据权利要求1所述的氨基磺酸镍电镀液，其特征在于所述的氨基磺 酸镍的浓度为200 — 800g/L。
3、 根据权利要求1所述的氨基磺酸镍电镀液，其特征在于溶液pH值为 3.8_4.2。
4、 一种氨基磺酸镍电镀液，由氨基磺酸镍、硼酸、氯化镍和光亮剂组成， 其中氨基磺酸镍的浓度为100—1000g/L，硼酸浓度为10—100g/L，氯化镍浓 度为5 — 90g/L，每升电镀液加入0.1—20 ml的602光亮剂，pH值为3.8—4.2。
5、 根据权利要求l一4之一所述的氨基磺酸镍电镀液，在金属材料表面 电镀镍镀层中的应用。
6、 根据权利要求l一4之一所述的氨基磺酸镍电镀液，在金属材料铝合 金、镁合金、钢带、铜带和不锈钢带表面电镀镍镀层中的应用。
7、 一种使用权利要求1或2所述的氨基磺酸镍电镀液在铝合金表面镀镍 的方法，步骤依次为脱脂一水洗一脱脂一水洗一酸洗一水洗一浸锌一水洗 —酸洗一水洗一浸锌一水洗一酸洗一水洗一浸锌一水洗一电镀镍一氷洗一去 离子水洗一吹干一烘干。
8、 根据权利要求7所述的氨基磺酸镍电镀液在铝合金表面镀镍的方法， 其特征在于所述的脱脂工艺温度为50 — 6(TC，时间为20 — 30秒；所述的酸 洗工艺温度为5 — 25"C，时间为10 —20秒；所述的浸锌工艺温度为5 — 35"C， 时间10—20秒。
9、 根据权利要求7所述的氨基磺酸镍电镀液在铝合金表面镀镍的方法， 其特征在于所述的电镀镍工艺使用的电流密度范围为7.5A/dm2—15A/dm2， 阴阳极距离为4—6厘米，温度为55 —70°C。
全文摘要
一种氨基磺酸镍电镀液，包括氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍。该电镀液电镀金属表面后，形成镍镀层稳定性良好、镀层连续完整、无针孔、无起泡脱落及无残余应力的镀层。电镀液中再加入一定量的光亮剂后，所得电镀层的平整性和光亮度得以提高，使金属表面更为平整和美观。
文档编号C25D3/12GK101498013SQ200910044980
公开日2009年8月5日 申请日期2009年1月7日 优先权日2009年1月7日
发明者卫中领, 韬 张, 陈秋荣 申请人:嘉兴中科亚美合金技术有限责任公司