專利名稱：室溫非水體系化學(xué)鍍鈷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于室溫非水體系化學(xué)鍍鈷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非水體系化學(xué)鍍鈷的鍍液配方和施鍍方法，該鍍液主要應(yīng)用于金屬、玻璃、陶瓷、塑料等材料表面的非水體系化學(xué)鍍鈷。
背景技術(shù)：
化學(xué)鍍因具有眾多優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、汽車、航天航空和電子制造等領(lǐng)域，且取得了較好的效果?；瘜W(xué)鍍鈷具有較好的軟磁性、較高顯微硬度和耐磨性并且因其具有制備方便、成本低廉、可連續(xù)生產(chǎn)等特點(diǎn)而逐漸引起了人們的關(guān)注。磁性鍍層材料在計(jì)算機(jī)、 電子器件、軍工、航空航天等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，并在磁記錄薄膜的制備上顯示出突出優(yōu)勢(shì)，還可應(yīng)用于高密度磁記錄介質(zhì)、磁光記錄介質(zhì)等軟磁薄膜材料領(lǐng)域。但迄今為止，大多數(shù)的化學(xué)鍍鈷都是在水體系中完成的，雖然水的廣泛溶解性很大程度上促進(jìn)了化學(xué)鍍鈷的發(fā)展，但同時(shí)也帶來(lái)了很多問(wèn)題1.水體系化學(xué)鍍一般都是在較高的溫度(彡80°C )下進(jìn)行的，溫度的提高使體系的穩(wěn)定性大大的下降，提高了揮發(fā)速度，增加了能耗，不利于化學(xué)鍍的綠色環(huán)保發(fā)展。2.正是水的廣泛溶解性使得化學(xué)鍍得到廣泛應(yīng)用，但同時(shí)也使得易溶于水的物質(zhì)不能在水里面發(fā)生化學(xué)鍍，如像與水反應(yīng)的金屬鎂、具有疏水性的高分子材料等。3.水體系化學(xué)鍍制得化學(xué)鍍層不穩(wěn)定，使得鍍液的重復(fù)利用率低，很難或者根本不能達(dá)到多次利用，造成了大量的資源浪費(fèi)。4.水體系化學(xué)鍍液很難實(shí)施無(wú)害化處理，有毒有害的重金屬對(duì)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重污染，處理過(guò)程中容易造成對(duì)環(huán)境的二次污染。由于鈷在化學(xué)鍍中沒(méi)有自催化作用，在鈷基體的表面能自發(fā)的形成沉積膜需要在其表面引發(fā)，沉積一旦開始便在試樣表面持續(xù)均勻地進(jìn)行，鍍層厚度隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加。而現(xiàn)今常用的弓I發(fā)方法有活潑金屬引發(fā)、電化學(xué)弓I發(fā)和預(yù)鍍貴重金屬引發(fā)，但前兩者操作比較復(fù)雜，且亦難控制，不易于工業(yè)化。因此，尋求適用性高、能耗低、對(duì)環(huán)境友好的化學(xué)鍍鈷方法成為當(dāng)今和以后化學(xué)鍍的發(fā)展趨勢(shì)。非水體系化學(xué)鍍鈷正是從這些方面著手解決化學(xué)鍍所面臨的問(wèn)題，提出了多個(gè)化學(xué)鍍鈷的實(shí)例，尋求了化學(xué)鍍鈷的可行性的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種在非水體系(如甲醇、乙醇、丙酮、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜等有機(jī)物)中化學(xué)鍍鈷的方法，該方法在常溫下即可施鍍、鍍液穩(wěn)定性好、可重復(fù)施鍍，對(duì)疏水性、易溶于水中的材料也有較好的效果，鍍液中剩余的重金屬離子易于電化學(xué)回收處理。從而解決了上述水體系中化學(xué)鍍鈷的眾多缺點(diǎn)。技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明室溫非水體系化學(xué)鍍鈷的方法為(1).基體的預(yù)處理基體按常規(guī)化學(xué)鍍方法進(jìn)行拋光-酸洗-水洗-脫脂處理；(2).基體的預(yù)鍍配制濃度為0. Ι-lg/L的氯化鈀乙醇膠體溶液，將預(yù)處理后的基體放在預(yù)鍍液中浸鍍10-30秒后取出，在無(wú)水乙醇中沖洗干凈；(3).配制化學(xué)鍍液以有機(jī)物為有機(jī)溶劑，以鈷鹽為主鹽，以檸檬酸、乙二胺四乙酸、聚乙二醇，甘露醇為絡(luò)合劑，以二甲基氨硼烷為還原劑，以氫氧化鈉和氫氧化鉀作為PH 調(diào)節(jié)劑，將主鹽、絡(luò)合劑、還原劑、PH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機(jī)溶劑中形成鍍液主鹽 10-50g/L、絡(luò)合劑 2-25g/L、還原劑 10_40g/L、pH 調(diào)節(jié)劑 0. l_5g g/L ；(4).施鍍將預(yù)鍍后的基體放到化學(xué)鍍液中在操作溫度為室溫的條件下施鍍，施鍍時(shí)間為0. 2-12h ；(5).鍍層的后處理將施鍍好的基體取出后，分別經(jīng)自來(lái)水、蒸餾水、丙酮沖洗后吹干即完成。上述方法中所用的有機(jī)溶劑需經(jīng)4A的分子篩活化除水，其他藥品也應(yīng)除去結(jié)晶水后再配制鍍液。上述所用的溶劑為可溶解主鹽、還原劑、pH調(diào)節(jié)劑和絡(luò)合劑的有機(jī)溶劑，常用的有機(jī)溶劑有簡(jiǎn)單的醇類(如甲醇、乙醇)、丙酮和具有廣泛溶解性的N，N- 二甲基甲酰胺 (DMF)、二甲基亞砜(DMSO)、四氫呋喃(THF)等。上述所用的主鹽為可溶于有機(jī)溶解的硝酸鈷、氯化鈷、醋酸鈷、硫酸鈷等簡(jiǎn)單的鈷
Τττ . ο上述所用的絡(luò)合劑通常為可溶于有機(jī)溶劑的物質(zhì)檸檬酸、乙二胺四乙酸、聚二醇、甘露醇等。上述兩種物質(zhì)中的一種或兩種可以同時(shí)使用。上述還原劑是提供還原金屬所必須的電子的化合物，這里所用的還原劑為氨基硼烷類化合物，其中以二甲基氨硼烷(DMAB)最為常用。上述所用的pH調(diào)節(jié)劑是調(diào)節(jié)化學(xué)鍍液的酸度以保證化學(xué)鍍?cè)诤线m的條件下進(jìn)行，通常為氫氧化鉀，氫氧化鈉等無(wú)機(jī)強(qiáng)堿。上述工藝中，鈷鹽的最佳濃度范圍為20_30g/L;絡(luò)合劑的最佳濃度范圍為 2. 5-5g/L ；pH調(diào)節(jié)劑的最佳濃度為0. Ι-lg/L ；最佳操作溫度范圍為15_30°C ；最佳施鍍時(shí)間為 0.5-2h。通過(guò)x-rd中的主要衍射峰來(lái)分析化學(xué)鍍層物相結(jié)構(gòu)及各種元素的成鍵方式，各種元素以均勻的晶體化合物存在。通過(guò)用掃描電子顯微鏡放大10000和20000倍觀察金屬鈷的表面形態(tài)，結(jié)果如附圖所示。鍍層表面鈷的金屬顆粒堆積比較緊密、分布均勻。通過(guò)能譜分析鍍層中金屬的含量，得到其中鈷的質(zhì)量占90%以上，鍍層元素和 X-RD分析相同，但能譜分析無(wú)法檢測(cè)硼元素。優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明以有機(jī)溶劑為鍍液溶劑，發(fā)明了非水體系化學(xué)鍍鈷液，與傳統(tǒng)的化學(xué)鍍鈷液相比，采用非水體系化學(xué)鍍鈷，具有顯著的特點(diǎn)采用有機(jī)溶劑使化學(xué)鍍液變得更加穩(wěn)定、鍍速快、鍍液可循環(huán)施鍍；且在施鍍過(guò)程中不會(huì)隨著鍍液中離子濃度降低而大幅度減緩鍍速；非水體系化學(xué)鍍可在常溫下施鍍，提高了鍍液的穩(wěn)定性、降低了能耗； 非水化學(xué)鍍鈷液溶劑容易回收利用，減少了對(duì)環(huán)境的污染；同時(shí)非水體系化學(xué)鍍對(duì)化學(xué)鍍基體的適用范圍更廣，可用于對(duì)在水中易分解，變形和疏水性材料的施鍍。
四

圖1是實(shí)施例1中鍍層用OXFORD X-射線能譜儀對(duì)鍍層元素含量進(jìn)行分析，由圖可知，鍍層中Co、B元素的總和占總元素質(zhì)量的90 %。
圖2是實(shí)施例2中經(jīng)JSM-5610LV掃描電子顯微鏡分析所得到的鍍層圖片，表面平整均勻的晶體。圖3是實(shí)施例4中的鍍層經(jīng)島津xrd-6000分析所得到的X衍射及數(shù)據(jù)分析圖。 五具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:(1).基體的預(yù)處理基體按常規(guī)化學(xué)鍍方法進(jìn)行拋光-酸洗-水洗-脫脂處理；(2).基體的預(yù)鍍配制濃度為0. lg/L的氯化鈀乙醇膠體溶液，將預(yù)處理后的基體放在預(yù)鍍液中浸鍍30秒后取出，在無(wú)水乙醇中沖洗干凈；(3).配制化學(xué)鍍液以乙醇為有機(jī)溶劑，以鈷鹽硝酸鈷為主鹽，以檸檬酸為絡(luò)合劑，以二甲基氨硼烷為還原劑，以氫氧化鈉作為PH調(diào)節(jié)劑，將主鹽、絡(luò)合劑、還原劑、pH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機(jī)溶劑中形成鍍液主鹽10g/L、絡(luò)合劑2g/L、還原劑10g/L、pH調(diào)節(jié)劑 5g/L ；(4).施鍍將預(yù)鍍后的基體放到化學(xué)鍍液中在操作溫度為室溫的條件下施鍍，施鍍時(shí)間為12h ；(5).鍍層的后處理將施鍍好的基體取出后，分別經(jīng)自來(lái)水、蒸餾水、丙酮沖洗后吹干即完成；實(shí)施例2 (1).基體的預(yù)處理與實(shí)施例1相同；(2).基體的預(yù)鍍配制濃度為lg/L的氯化鈀乙醇膠體溶液，將預(yù)處理后的基體放在預(yù)鍍液中浸鍍10秒后取出，在無(wú)水乙醇中沖洗干凈；(3).配制化學(xué)鍍液以丙酮為有機(jī)溶劑，以鈷鹽氯化鈷為主鹽，以乙二胺四乙酸為絡(luò)合劑，以二甲基氨硼烷為還原劑，以氫氧化鉀作為PH調(diào)節(jié)劑，將主鹽、絡(luò)合劑、還原劑、 PH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機(jī)溶劑中形成鍍液主鹽50g/L、絡(luò)合劑25g/L、還原劑40g/ L、pH 調(diào)節(jié)劑 0. lg/L；(4).施鍍將預(yù)鍍后的基體放到化學(xué)鍍液中在操作溫度為30°C的條件下施鍍，施鍍時(shí)間為0. 2h ；(5).鍍層的后處理與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3 (1).基體的預(yù)處理與實(shí)施例1相同；(2).基體的預(yù)鍍配制濃度為0. 3g/L的氯化鈀乙醇膠體溶液，將預(yù)處理后的基體放在預(yù)鍍液中浸鍍15秒后取出，在無(wú)水乙醇中沖洗干凈；(3).配制化學(xué)鍍液以N，N- 二甲基甲酰胺為有機(jī)溶劑，以鈷鹽醋酸鈷為主鹽，以聚乙二醇為絡(luò)合劑，以二甲基氨硼烷為還原劑，以氫氧化鉀作為PH調(diào)節(jié)劑，將主鹽、絡(luò)合劑、還原劑、PH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機(jī)溶劑中形成鍍液主鹽20g/L、絡(luò)合劑2. 5g/L、 還原劑16g/L、pH調(diào)節(jié)劑4. 5g/L ；(4).施鍍將預(yù)鍍后的基體放到化學(xué)鍍液中在操作溫度為室溫的條件下施鍍，施鍍時(shí)間為2h ；(5).鍍層的后處理與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4 (1).基體的預(yù)處理與實(shí)施例1相同；(2).基體的預(yù)鍍配制濃度為0. 85g/L的氯化鈀乙醇膠體溶液，將預(yù)處理后的基
5體放在預(yù)鍍液中浸鍍25秒后取出，在無(wú)水乙醇中沖洗干凈；(3).配制化學(xué)鍍液以二甲基亞砜(DMSO)為有機(jī)溶劑，以鈷鹽氯化鈷、硫酸鈷各為50%的混合物為主鹽，以檸檬酸、甘露醇各為50%的混合物為絡(luò)合劑，以二甲基氨硼烷為還原劑，以氫氧化鈉和氫氧化鉀各為50%的混合物作為PH調(diào)節(jié)劑，將主鹽、絡(luò)合劑、還原劑、PH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機(jī)溶劑中形成鍍液主鹽30g/L、絡(luò)合劑5g/L、還原劑 35g/L、PH 調(diào)節(jié)劑 lg/L；(4).施鍍將預(yù)鍍后的基體放到化學(xué)鍍液中在操作溫度為室溫的條件下施鍍，施鍍時(shí)間為0. 5h ；(5).鍍層的后處理與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種室溫非水體系化學(xué)鍍鈷的方法，其特征是它由以下五個(gè)工序完成(1).基體的預(yù)處理基體按常規(guī)化學(xué)鍍方法進(jìn)行拋光-酸洗-水洗-脫脂處理；(2).基體的預(yù)鍍配制濃度為0.Ι-lg/L的氯化鈀乙醇膠體溶液，將預(yù)處理后的基體放在預(yù)鍍液中浸鍍10-30秒后取出，在無(wú)水乙醇中沖洗干凈；(3).配制化學(xué)鍍液以有機(jī)物為有機(jī)溶劑，以鈷鹽為主鹽，以檸檬酸、乙二胺四乙酸、 聚二醇，甘露醇為絡(luò)合劑，以二甲基氨硼烷類化合物為還原劑，以氫氧化鈉和氫氧化鉀作為 PH調(diào)節(jié)劑，將主鹽、絡(luò)合劑、還原劑、PH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機(jī)溶劑中形成鍍液主鹽 10-50g/L、絡(luò)合劑 2-25g/L、還原劑 10_40g/L、pH 調(diào)節(jié)劑 0. l_5g g/L ；(4).施鍍將預(yù)鍍后的基體放到化學(xué)鍍液中在操作溫度為室溫的條件下施鍍，施鍍時(shí)間為 0. 2-12h ；(5).鍍層的后處理將施鍍好的基體取出后，分別經(jīng)自來(lái)水、蒸餾水、丙酮沖洗后吹干即完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是有機(jī)溶劑為醇類、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、 二甲基亞砜、四氫呋喃，主鹽為硝酸鈷、氯化鈷、醋酸鈷、硫酸鈷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是主鹽的最佳濃度范圍為20-30g/L；絡(luò)合劑的最佳濃度范圍為2. 5-5g/L，pH調(diào)節(jié)劑的最佳濃度為0. Ι-lg/L，最佳施鍍操作溫度為 15-30°C，最佳施鍍時(shí)間為0. 5-濁。
全文摘要
本發(fā)明屬于室溫非水體系化學(xué)鍍鈷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非水體系化學(xué)鍍鈷的鍍液配方和施鍍方法。本發(fā)明的室溫非水體系化學(xué)鍍鈷的方法由基體的預(yù)處理、基體的預(yù)鍍、配制化學(xué)鍍液、施鍍、鍍層的后處理五個(gè)工序完成。它的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是它以有機(jī)溶劑為鍍液溶劑，采用非水體系化學(xué)鍍鈷，具有顯著的特點(diǎn)它使化學(xué)鍍液變得更加穩(wěn)定、鍍速快、鍍液可循環(huán)施鍍；在施鍍中不會(huì)隨著鍍液中離子濃度降低而大幅度減緩鍍速；可在常溫下施鍍，提高了鍍液的穩(wěn)定性、降低了能耗；非水化學(xué)鍍鈷液溶劑可回收利用，減少了對(duì)環(huán)境的污染；它對(duì)基體的適用范圍更廣，可用于對(duì)在水中易分解，變形和疏水性材料的施鍍。
文檔編號(hào)C23C18/31GK102154632SQ201110080648
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者王書海, 王建朝 申請(qǐng)人:王建朝