本发明涉及金属表面处理防护工程技术领域，具体来说是一种在金属材料上电镀镉镀层用的无氰镀镉槽液，同时还涉及该无氰镀镉槽液的配制方法，及在电镀镉层中的用途。
背景技术：
镉在空气中会迅速氧化形成一层致密的氧化膜，从而可以很大程度地提高材料的耐腐蚀性能，因此电镀镉在表面处理领域有广泛的应用。在海洋或者高温大气环境中，镉镀层的保护性能比锌镀层好，因此在航空航海等军工电子工业中，在高温高盐雾环境中工作的零件大多采用镀镉工艺进行表面防护。传统的氰化镀镉溶液和产品质量稳定，同时镀镉层具有分散性能好、深镀能力优越、镀层结晶细致、镀层耐腐蚀性能好、镀层柔软性好等特点。但氰化物有剧毒，也是国家严令禁止使用的污染物之一，对于当今社会提倡的节能减排、保护环境的前提下，无氰电镀是势在必行的，因此使用无氰镀镉来替代传统氰化镀镉是有非常具有时代意义的。
我国对无氰镀镉进行过一些研究，但相对较少。碱性无氰镀镉包括以三乙醇胺、氨三乙酸共同作配位剂的镀镉工艺和以 HEDP(羟基乙叉二膦酸)作配位剂的镀镉工艺。三乙醇胺镀镉存在镀液稳定性差的问题，HEDP 镀镉存在电流效率低和废水处理困难的问题，因此这两种工艺还未见规模化的生产应用。
据此，选用一种新型的弱配位剂代替氰化镀镉，既能满足环境的保护，同时也能避免较多杂质阴离子的干扰，方便废水处理。目前采用二羟甲基海因为配位剂的镀镉工艺尚未报道。本发明可以得到结晶细致、耐腐蚀性能好、柔软性好的镀层。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种无氰镀镉槽液。
本发明的另一目的在于提供该无氰镀镉槽液的配制方法。
本发明目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明的一种无氰镀镉槽液，包含下述原料：
氧化镉 35~45 g/L；
二羟甲基海因 60~70 mL/L；
碳酸钾 80~85 g/L；
碳酸钠 40~50 g/L；
聚乙二醇 1~2g/L；
光亮剂 0.2~0.3g/L。
优选的，包含下述原料：
氧化镉 35 g/L； 二羟甲基海因 65 mL/L；
碳酸钾 85 g/L； 碳酸钠 40 g/L；
聚乙二醇 1 g/L； 光亮剂 0.2 g/L。
优选的，包含下述原料：
氧化镉 45 g/L； 二羟甲基海因 70 mL/L；
碳酸钾 85 g/L； 碳酸钠 40 g/L；
聚乙二醇 1 g/L； 光亮剂 0.3 g/L。
优选的，包含下述原料：
氧化镉 40 g/L； 二羟甲基海因 65 mL/L；
碳酸钾 80 g/L； 碳酸钠 50 g/L；
聚乙二醇 1 g/L； 光亮剂 0.3 g/L。
优选的，包含下述原料：
氧化镉 40 g/L； 二羟甲基海因 65 mL/L；
碳酸钾 85 g/L； 碳酸钠 50 g/L；
聚乙二醇 1 g/L； 光亮剂 0.3 g/L。
本发明的一种无氰镀镉槽液的配制方法，包括以下步骤：
（1）用适量去离子水将35~45 g/L氧化镉用适量去离子水调成糊状；
（2）向镀槽中加入占槽液体积的二分之一的去离子水，不断搅拌下依次加入60~70 mL/L二羟甲基海因和调成糊状的氧化镉，不断搅拌下缓慢加入质量分数为10%的稀硫酸，直至槽液溶解至澄清透明；
（3）依次向镀槽中加入80~85 g/L碳酸钾、40~50 g/L碳酸钠、1~2g/L聚乙二醇和0.2~0.3g/L光亮剂，室温下搅拌至槽液溶解至澄清透明；
（4）用质量分数为10%的稀硫酸或质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节槽液pH值为5.0~6.0；
（5）将去离子水加入镀槽中直至达到槽液体积，得到镀镉槽液。
进一步的，镀镉槽液配制完成后可以使用0.02~0.5 A/dm2的小电流通电处理24h之后再进行镀镉。
一种无氰镀镉槽液在电镀镉层中的用途，包括如下步骤：
（1）工件常规前处理：将工件依次经过砂纸打磨、水洗、化学除油、热水洗、冷水洗、酸洗、水洗、活化、水洗处理。
化学除油液由55～80g/L 氢氧化钠、 35～55g/L 磷酸三钠、30～50 g/L 碳酸钠、10～30 g/L 硅酸钠和去离子水配制；将待镀镉工件放入60～70℃的化学除油液中处理10～15min；之后经温水彻底清洗。
除油后的试样立即置入15%体积浓度的盐酸酸洗液中浸泡30～60 s，之后经冷水冲洗。
酸洗后的试样再置入10%体积浓度的盐酸活化液中浸泡1~2min，之后经去离子水彻底清洗。
（2）将前处理后的工件在电流密度1.5~2 A/dm2、温度25~30℃下在无氰镀镉槽液进行常规电镀30～60 min，电镀阳极采用镉板且阴、阳极面积比为2：1。
（3）冷水洗、热水洗、干燥。
本发明同现有技术相比具有明显的优点和有益效果，由以上技术方案可知，本发明选用采用氧化镉为主盐、二羟甲基海因为配位剂，在中偏酸性的环境下进行电镀镉。槽液环保无毒、废水处理简单，且镀层沉积速度快、结晶细致、结合力好，2 A/dm2电流密度下镀速达0.55 μm/min。本发明有效避免了氰化镀镉污染环境、EDTA镀镉稳定性差、HEDP镀镉生产效率低等诸多问题；具有良好的应用价值和经济、社会效益。
附图说明
附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明实施例4制备的镀镉层的SEM形貌结构图。
图2为本发明实施例4制备的镀镉层的表面EDS谱图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细描述，进一步解释和说明本发明的技术方案特点。
实施例1
步骤1，先将35 g/L氧化镉用适量去离子水调成糊状；向镀槽中加入规定体积二分之一的去离子水，不断搅拌下依次加入65 mL/L二羟甲基海因和调成糊状的氧化镉，之后缓慢加入10%的稀硫酸，直至溶液澄清；然后，加入85 g/L碳酸钾、40 g/L碳酸钠、1 g/L聚乙二醇和0.2 g/L萘二磺酸，用稀硫酸和10%的氢氧化钠调节溶液pH值为5.0~6.0，加水至规定体积，得到无氰镀镉镀液。
步骤2，将待镀镉的Q235钢板试样放入70℃的化学除油液中处理5min。除油液组成为70 g/L氢氧化钠，40 g/L磷酸三钠，40 g/L碳酸钠、10 g/L硅酸钠。零件除油后经温水彻底清洗，必须保证整个零件表面亲水，连续水膜60秒以上，则认为除油合格。将除油后的试样浸入酸洗液（15 vol% HCl）中处理1min后用流动水清洗，然后浸入活化液（10 vol% HCl）中浸泡30～60 s；之后经去离子水彻底清洗。
步骤3，经步骤2处理的试样置于步骤1配制的镀镉液中，在25℃下，用2A/dm2电流密度电镀30 min；镀镉后将试样经用离子水彻底清洗，冷风吹干。
经上述工艺能在基材表面获得细致均匀、结合良好的灰白色镀层。此体系中主盐含量较低，镀层沉积速度略慢，镀速约为0.27 μm/min，整平度约82%。
实施例二
步骤1，先将45 g/L氧化镉用适量去离子水调成糊状；向镀槽中加入规定体积二分之一的去离子水，不断搅拌下依次加入70 mL/L二羟甲基海因和调成糊状的氧化镉，之后缓慢加入10%的稀硫酸，直至溶液澄清；然后，加入85 g/L碳酸钾、40 g/L碳酸钠、1 g/L聚乙二醇和0.3 g/L萘二磺酸，用稀硫酸和10%的氢氧化钠调节溶液pH值为5.0~6.0，加水至规定体积，充分搅拌，得到无氰镀镉溶液。
步骤2，将待镀镉的Q235钢板试样放入70℃的化学除油液中处理5min。除油液组成为70 g/L氢氧化钠，40 g/L磷酸三钠，40 g/L碳酸钠、10 g/L硅酸钠。零件除油后经温水彻底清洗，必须保证整个零件表面亲水，连续水膜60秒以上，则认为除油合格。将除油后的试样浸入酸洗液（15 vol% HCl）中处理1min后用流动水清洗，然后浸入活化液（10 vol% HCl）中浸泡30～60 s；之后经去离子水彻底清洗
步骤3，经步骤2处理的试样置于步骤1配制的镀镉液中，在25℃下，用2A/dm2电流密度电镀30 min；镀后，试样经去离子水彻底清洗，冷风吹干。
经上述工艺能在基材表面获得结晶细致、柔软性好的灰白色镀层。镀层沉积速度约为0.40 μm/min，30min时厚度约为12 μm，整平度81%；180°弯折时镀层无爆裂。
实施例三
步骤1，先将40 g/L氧化镉用适量去离子水调成糊状；向镀槽中加入规定体积二分之一的去离子水，不断搅拌下依次加入65 mL/L二羟甲基海因和调成糊状的氧化镉，之后缓慢加入10%的稀硫酸，直至溶液澄清；然后，加入80 g/L碳酸钾、50 g/L碳酸钠、1 g/L聚乙二醇和0.3 g/L光亮剂（十二烷基苯磺酸钠），用稀硫酸和10%的氢氧化钠调节溶液pH值为5.0~6.0，加水至规定体积，充分搅拌，得到无氰镀镉溶液。
步骤2，将待镀镉的Q235钢板试样放入70℃的化学除油液中处理5min。除油液组成为70 g/L氢氧化钠，40 g/L磷酸三钠，40 g/L碳酸钠、10 g/L硅酸钠。零件除油后经温水彻底清洗，必须保证整个零件表面亲水，连续水膜60秒以上，则认为除油合格。将除油后的试样浸入酸洗液（15 vol% HCl）中处理1min后用流动水清洗，然后浸入活化液（10 vol% HCl）中浸泡30～60 s；之后经去离子水彻底清洗。
步骤32，经步骤2处理的试样置于步骤1配制的镀镉液中，在25℃下，用1.5 A/dm2电流密度电镀30 min；镀后，试样经去离子水彻底清洗，冷风吹干。
经上述工艺同样能在基材表面能获得结晶细致、柔软性好的亮白镀层，镀层沉积速度约0.37 μm/min，整平度约88%。
实施例四
步骤1，先将40 g/L氧化镉用适量去离子水调成糊状；向镀槽中加入规定体积二分之一的去离子水，不断搅拌下依次加入65 mL/L二羟甲基海因和调成糊状的氧化镉，之后缓慢加入10%的稀硫酸，直至溶液澄清；然后，加入85 g/L碳酸钾、50 g/L碳酸钠、1 g/L聚乙二醇和0.3 g/L光亮剂（十二烷基苯磺酸钠），用稀硫酸和10%的氢氧化钠调节溶液pH值为5.0~6.0，加水至规定体积，充分搅拌，得到无氰镀镉溶液。
步骤2，将待镀镉的Q235钢板试样放入70℃的化学除油液中处理5min。除油液组成为70 g/L氢氧化钠，40 g/L磷酸三钠，40 g/L碳酸钠、10 g/L硅酸钠。零件除油后经温水彻底清洗，必须保证整个零件表面亲水，连续水膜60秒以上，则认为除油合格。
将除油后的试样浸入酸洗液（15 vol% HCl）中处理1min后用流动水清洗，然后浸入活化液（10 vol% HCl）中浸泡30～60 s；之后经去离子水彻底清洗。
步骤3，经步骤2处理的试样置于步骤1配制的镀液中，在30℃下，用2A/dm2电流密度电镀60 min；镀后，试样经去离子水彻底清洗，冷风吹干。
经上述工艺可在基材表面获得结晶细致、光亮均匀、柔软性好的亮白镀层；此时镀层沉积速度达0.55 μm/min，60min时镀层厚度约32~33 μm，整平度约86%，经180°弯折时镀层无爆裂。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。