专利名称：一种工业纯钛镀金方法
技术领域：
本发明属于工业纯钛的表面处理技术领域。涉及一种工业纯钛工件的镀金工艺。
背景技术：
钛是高度化学性质活泼性的金属，在有氧的条件下极易钝化，所以具有优越的抗腐蚀性能。在空气、海水及许多介质是耐蚀的，不与潮湿的氯、氯化物溶液、硝酸作用，室温时不与稀硫酸、稀盐酸作用。钛不仅耐蚀性好，而且比强度高，纯钛的拉伸强度为350-700Mpa。因此广泛应用于化工、航天、军工等众多领域。但是，钛零件容易划伤，咬死，而且导电性不良，故应用也受到一定限制。因此要对钛表面进行处理，如镀镍、镀铬等来提高其防腐性能。金镀层以具有极为优良的耐蚀表面和优异的防辐射性能，在一定环境下成为理想的镀层。
钛基镀覆金属较普通的钢铁件困难，原因是钛与氧有较强的亲和力，虽可用溶剂去油污，经酸蚀除原始氧化皮，但以后必然经水洗，工件接触空气，在含氧介质中瞬间又重新形成一层氧化膜，该氧化膜具有很高的化学稳定性，在这层薄膜上难于镀敷一层结合力好的镀层。目前，国内外关于钛基化学镀镍及镀金有一些报道。但是他们提供的方法工艺流程较为复杂，工作周期较长，操作难度较高，个别方法未考虑过程中的钛氢脆和镀层结合力的影响。在钛上直接化学镀镍层，得到镍磷镀层，再在镍磷层上直接镀金的技术未见专利、文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够得到结合力好的纯金镀层、同时工艺也可得到良好的中磷镀镍层的工业纯钛镀金方法。
本发明的技术解决方案是钛材工件经打磨，除油，碱洗后，用本发明提供的溶液和工艺参数除氧化皮，酸蚀，活化，钛表面形成一层均匀的灰褐色表面膜后，进入化学镀镍溶液中，控制pH为4.5-5.5，温度为85-95℃下，搅拌条件下，施镀0.5-1.5小时，可得到5-20μm的镀层，镀层可经过400℃真空热处理后，单独作为镍磷镀层使用。也可立即放进镀金槽，采用亚硫酸盐作络合剂，在45-60℃，pH＝8-10，电流密度0.1-0.3mA/cm2，阴极移动搅拌，进行镀金。电镀4-5小时后，用异丙醇脱水后，200℃下热风干燥4小时。得到的化学镀镍层的厚度为5-20μm，金镀层厚度5-10μm，镀层经弯曲折断试验，结合力良好。Ni-P镀层光亮P含量为7-9％(wt)，金镀层表面光洁、平整、致密，在10,000倍扫描电镜下，未见到空隙。
上述工序的溶液组成和相关工艺参数如下除氧化皮溶液组成和工艺参数为HF(40％wt) 300-400ml/LHNO3(60％wt) 30-50ml/L，时间0.5-1min温度室温酸蚀溶液组成和工艺参数为HNO3(60％wt) 150-180ml/LHF(40％wt) 15-25ml/L时间10-30s温度室温活化溶液组成和工艺参数为NaBF430-50g/LNaNO330-50g/L硫酸钛 2-5g/L温度60-80℃时间4-15min化学镀镍溶液组成为硫酸镍 20-25g/L次亚磷酸钠 20-25g/L乳酸， 25-35g/L酒石酸 1-3g/L苹果酸 0.5-1.5g/L电镀金溶液组成为亚硫酸金钠(以Au计)5-25g/L柠檬酸钾 80-120g/L亚硫酸铵 180-250g/LEDTA 2-4g/L
聚乙二醇 1-2g/L本发明所达到的有益效果是由于工艺采用合理的预处理工艺，使镀金操作时间大为降低，金镀层采用镍作底镀层，可作为金、钛之间的阻挡层，防止金、钛之间相互扩散，同时提高金镀层底金属硬度，同时也可根据需要单独使用镍磷镀层。本发明提出的化学镀镍液和镀金液稳定性良好，并通过合理的补加溶液成份连续使用，可延长镀液使用周期。该工业纯钛镀金工艺操作简单，投资少，在航空、化工、海洋、能源等许多部门都有广阔的应用前景具体实施方式
取标号为TA2的工业钛片，体积为35.0×20.0×0.8mm，该钛片未经使用，采用如下工艺流程镀金打磨？除油柤钕？-除氧化皮？酸蚀？活化？化学镀镍柕缍平饢异丙醇脱水？热处理。
具体步骤是第1步.打磨用500#SiC砂纸湿法打磨至光亮，水冲洗。
第2步.除油室温下，超声波丙酮除油15min，水冲洗。
第3步.碱洗洗液成分与工艺规范如下NaOH30-50g/LNaCO320-40g/LNa3PO420-40g/L温度80-90℃时间5-10min碱洗后，用水冲洗。
第4步.除氧化皮HF(40％wt) 300-400ml/LHNO3(60％wt) 30-50ml/L，时间0.5-1min温度室温第5步.酸蚀HNO3(60％wt) 150-180ml/LHF(40％wt) 15-25ml/L时间10-30s
温度 室温第6步.活化NaBF430-50g/LNaNO330-50g/L硫酸钛 2-5g/L温度60-80℃时间4-15min活化至钛件表面生成一层灰黑色的膜。
第7步.化学镀镍硫酸镍20-25g/L次亚磷酸钠20-25g/L乳酸，25-35g/L酒石酸1-3g/L苹果酸0.5-1.5g/LpH4.5-5.0温度 80-90，沉积速度，10μm/h1.化学镀液的载荷应控制在1dm2/L。
2.化学镀镍液的配制顺序首先将作为络合剂的乳酸和苹果酸在蒸馏水中溶解，水量不超过总量的10％。用氢氧化钠或氨水调pH约为4，加入已溶解的硫酸镍溶液，搅拌均匀。边搅拌边加入次亚磷酸钠溶液，用pH计调pH＝4.8，稀释到体积，过滤，化验分析后，水浴加热到90℃使用。
3.化学镀液的镍盐、还原剂的补加每析出1g镍，应补加5.6g次亚磷酸钠，补加原配方1.9％的稳定剂。
4.若仅需要镀镍层，150℃热风干燥后即可使用，若需要极好的结合力，把镀件在400℃真空热处理即可。
第8步.电镀金亚硫酸金钠(以Au计)5-25g/L柠檬酸钾 80-120g/L亚硫酸铵 180-250g/L
EDTA2-4g/L聚乙二醇1-2g/LpH 8-10温度50-55℃，阳极， Pt/Ti阴极电流密度0.1-0.3mA/cm2时间4hr搅拌方式阴极移动1.化学镀后，经蒸馏水冲洗后，立即进行电镀。若因故在空气中停留时间较长，应在温热的1∶1HCl中活化20-30s后进行镀金。
2.电镀液的配制取25％的亚硫酸铵85ml，加热到50-60℃。将亚硫酸金钠溶液(在不断搅拌下加入，先得到淡黄色透明液，在搅拌加热到70-80℃，溶液变成无色透明。在加入柠檬酸钾10g，加入EDTA和聚乙二醇溶液，调pH后，试镀。
3.镀液的金可由亚硫酸金钠直接补充第9步.异丙醇脱水干燥第10步.热处理在200℃下空气循环干燥，4小时得到的金镀层均匀细致，表面光洁，擦拭无粉末脱落。经电子探针分析，化学镀镍层的厚度约为10μm，金镀层厚度约为5μm，，经对Ni-P镀层进行点分析，其P含量约为7.82％(wt)，属于典型的中磷镀层(4-11％wt)。金镀层光洁、平整、致密。用10,000倍扫描电镜分析，未见空隙。用钳子把镀后的钛片将先向一边弯曲90°，然后向另一边尽可能急速的弯曲90°，直到镀件断裂，镀层结合力良好。
权利要求
1.一种工业纯钛镀金方法，流程包括打磨，除油，碱洗，除氧化皮，酸蚀，活化，化学镀镍，电镀金，异丙醇脱水，热处理，每道工序间均用蒸馏水冲洗不少于20秒；其特征在于，对工业纯钛进行除氧化膜，酸蚀，活化分别在一定的溶液中完成，表面形成一层均匀的灰褐色表面膜后，进入化学镀镍溶液中，控制pH为4.5-5.5，温度为85-95℃下，施镀0.5-1.5小时后，之后，即放进镀金槽，采用亚硫酸盐作络合剂，在45-60℃下，阴极移动搅拌进行镀金，电镀4-5小时后出槽水洗，用异丙醇脱水后，200℃下热风干燥4小时。
2.根据权利要求1所述的一种工业纯钛镀金方法，其特征在于，除氧化皮溶液组成和工艺参数为HF(40％wt) 300-400ml/L，HNO3(60％wt)30-50ml/L，时间0.5-1min，温度室温。
3.根据权利要求1所述的一种工业纯钛镀金方法，其特征在于，酸蚀溶液组成和工艺参数为HNO3(60％wt)150-180ml/L，HF(40％wt) 15-25ml/L，时间10-30s，温度室温。
4.根据权利要求1所述的一种工业纯钛镀金方法，其特征在于，活化溶液组成和工艺参数为NaBF4 30-50g/L，NaNO3 30-50g/L，硫酸钛 2-5g/L，温度60-80℃，时间4-15min。
5.根据权利要求1所述的一种工业纯钛镀金方法，其特征在于，化学镀镍溶液组成为硫酸镍 20-25g/L，次亚磷酸钠 20-25g/L，乳酸， 25-35g/L，酒石酸 1-3g/L，苹果酸 0.5-1.5g/L。
6.根据权利要求1所述的一种工业纯钛镀金方法，其特征在于，电镀金溶液组成为亚硫酸金钠(以Au计) 5-25g/L，柠檬酸钾80-120g/L，亚硫酸铵180-250g/L，EDTA2-4g/L，聚乙二醇1-2g/L。
7.根据权利要求1所述的一种工业纯钛镀金方法，其特征在于，化学镀镍后，经400℃真空热处理。
全文摘要
一种工业纯钛镀金方法属于工业纯钛的表面处理技术领域。流程包括打磨、除油、碱洗、除氧化皮、酸蚀、活化、化学镀镍、电镀金、异丙醇脱水、热处理；每道工序间均用蒸馏水冲洗。其特点是对工业纯钛进行除氧化膜，酸蚀，活化分别在特定的溶液中完成，直接进入化学镀镍溶液中，进行化学镀。后立即放进镀金槽。电镀4－5小时后，用异丙醇脱水后，200℃下热风干燥4小时。得到的镀层经弯曲折断试验，结合力良好。镍层的厚度为5－20μm，镀层光亮，P含量为7－9％(wt)。金镀层厚度5－10μm，金镀层表面光洁，平整致密。在10000倍扫描电镜下，未见空隙。本发明提出的工业纯钛镀金工艺稳定，操作简单，工作周期短，投资少。
文档编号C23C28/02GK1632176SQ200410155460
公开日2005年6月29日 申请日期2004年11月19日 优先权日2004年11月19日
发明者梁成浩, 杨长江 申请人:大连理工大学