ZNFESIOSUB2/SUB/纳米镍复合镀层电极材料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种表面镀覆有Zn-Fe-SiO2/纳米镍复合镀层的电极材料及其制备方法，属于金属材料表面处理技术领域。电极的底镀层为Zn-Fe基体中夹杂有SiO2微粒的Zn-Fe-SiO2镀层，表面层为高密度均匀分布的微孔纳米镍镀层。该技术具有工艺简单、污染小、安全、综合成本低，镀层硬度、耐蚀性好，能够有效且大量吸附重金属或沉降颗粒等优点。

1、  一种Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料，其特征在于电极的第一镀层为Zn-Fe基体中夹杂有SiO₂微粒的Zn-Fe-SiO₂复合镀层，第二镀层为镍纳米镀层。

2、  根据权利要求1所述的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料，其特征在于所述的第一镀层中以重量计锌含量为87％至91％，铁含量为8％至12％，SiO₂含量为0.5％至1％。

3、  根据权利要求1所述的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料，其特征在于所述的镀层中还可含有稀土元素。

4、  根据权利要求1所述的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料，其特征在于所述镀层的厚度为10^-1至20×10^-2mm。

5、  根据权利要求1所述的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料，其特征在于表面微孔密度为800～2000个/cm²。

6、  根据权利要求1所述的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料，其特征在于镀层表面均匀分布孔径为0.6～1.3μm的微孔。

7、  一种Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：第一镀层为在进行电镀之前对所述基体进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、在电镀液搅拌下进行电镀，在进行电解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干。

8、  根据权利要求7所述的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材的制备方法，其特征在于所述的电镀液包含有作为主盐的Fe及Zn的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的(NH₄)₂SO₄、作为缓冲剂的H₃BO₃、以及SiO₂微粒。

9、  根据权利要求7所述的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材的制备方法，其特征在于所述的电镀液组成为：FeSO₄·7H₂O 70～210g/L、ZnSO₄·7H₂O 25～100g/L、(NH₄)₂SO₄ 70～140g/L、柠檬酸20～70g/L、H₃BO₃ 20～40g/L、抗坏血酸0.8～1.5g/L、SiO₂ 20～100g/L、添加剂0.5～5g/L、SiO₂共沉积促进剂1～3g/L；添加剂为聚乙二醇、硫脲、胡椒醛等中的一种或几种的任意组合，共沉积促进剂为碱土金属盐的一种或几种的任意组合，镀液的pH值为3～5，电镀的电流密度为1～8A/dm²、温度为室温。镀液中SiO₂粉末的粒度为0.5～0.9μm，电镀过程中对镀液的搅拌速度为150～250rpm，碱土金属盐是氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镁。

10、  根据权利要求7所述的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材的制备方法，其特征在于所述的镀层表面为实施脉冲电镀获得的纳米级镍镀层。

Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种表面镀覆有Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层的电极材料，属于金属材料表面处理技术领域。
背景技术
随着现代工业和科学技术的飞速发展，对机械零部件和材料表面的性能要求越来越高，表面处理技术也随之有了迅速的发展。表面工程技术可以使用化学、物理或电化学方法来对零部件或电极材料表面进行处理，使其表面形成各种防护层或功能性镀层。合金复合表面沉积(电沉积或化学沉积)因其与单金属表面沉积相比具有较高的耐蚀性、硬度、致密性、耐磨性、耐高温性、易焊性及特殊功能性，而得到了广泛的应用。
近十多年来，人们对研发功能性复合镀层给予了极大关注。在不断完善电沉积复合镀的基础上，开发出了Zn-TiO₂、Zn-Al₂O₃、Zn-SiO₂等性能较好的复合镀层产品及工艺，以及镍镀层作为钢铁的防护性镀层，得到了广泛应用。为了满足对零部件或材料性能更高要求，国内外都加大了对Zn-Ni、Zn-Ni-P、Zn-Fe-Ni等合金镀层的研究与应用。
在一些工业应用上，尤其是近年来迅速发展的应用电化学新技术方面，对电极材料的表面功能性提出了越来越多的要求，例如对于土壤电动力学修复技术，对于重金属污染收集区域内的电极材料就提出了应使其能够有效且大量吸附重金属或沉降颗粒的要求。在不断完善电沉积纳米多层膜的基础上，开发出了Cu/Ni、Co/Cu、Co/Pt等功能性较好的纳米镀层产品及工艺，但多做为磁性能的研究，在功能性电极材料方面的研究鲜见报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种既有较高耐蚀性、耐高温氧化性能，又有高微孔密度、综合性能优良的Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层的电极材料。
本发明的技术内容为：Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料，其特征在于电极的第一镀层为Zn-Fe基体中夹杂有SiO₂微粒的Zn-Fe-SiO₂复合镀层，第二镀层为镍纳米镀层。
所述的第一镀层中以重量计锌含量为87％至91％，铁含量为8％至12％，SiO₂含量为0.5％至1％。
所述的镀层中还可含有稀土元素。
所述镀层的厚度为10^-1至20×10^-2mm。
表面微孔密度为800～2000个/cm²。
镀层表面均匀分布孔径为0.6～1.3μm的微孔。
本发明Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层电极材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：第一镀层为在进行电镀之前对所述基体进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、在电镀液搅拌下进行电镀，在进行电解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干。
所述的电镀液包含有作为主盐的Fe及Zn的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的(NH₄)₂SO₄、作为缓冲剂的H₃BO₃、以及SiO₂微粒。
所述的电镀液组成为：FeSO₄·7H₂O70～210g/L、ZnSO₄·7H₂O 25～100g/L、(NH₄)₂SO₄70～140g/L、柠檬酸20～70g/L、H₃BO₃20～40g/L、抗坏血酸0.8～1.5g/L、SiO₂ 20～100g/L、添加剂0.5～5g/L、SiO₂共沉积促进剂1～3g/L；添加剂为聚乙二醇、硫脲、胡椒醛等中的一种或几种的任意组合，共沉积促进剂为碱土金属盐的一种或几种的任意组合，镀液的pH值为3～5，电镀的电流密度为1～8A/dm²、温度为室温。镀液中SiO₂粉末的粒度为0.5～0.9μm，电镀过程中对镀液的搅拌速度为150～250rpm，碱土金属盐是氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镁。
所述的镀层表面为实施脉冲电镀获得的纳米级镍镀层。
该表面镀覆有镀层的电极材料，其特殊之处是第一镀层为Zn-Fe基体中夹杂有SiO₂微粒的Zn-Fe-SiO₂复合镀层，第二镀层为镍纳米镀层。第一镀层中以重量计锌含量为87％至91％，铁含量为8％至12％，SiO₂含量为0.5％至1％。镀层中还可含有稀土元素，形成Zn-Fe-SiO₂-RE复合镀层，该复合镀层中以重量计锌含量为82％至91％，铁含量为8％至12％，SiO₂含量为0.5％至1％。镀层的厚度为10^-1至20×10^-2mm，镀层厚度及各元素含量根据实际需要在给定范围内确定。
该电极材料的电镀方法，包括第一镀层为在进行电镀之前对所述基体进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并在对电镀液搅拌下进行电镀的步骤，还包括在进行电解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干的步骤，其特殊之处在于所述电镀液包含有作为主盐的Fe及Zn的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的(NH₄)₂SO₄、作为缓冲剂的H₃BO₃、以及SiO₂微粒，电镀液组成为：FeSO₄·7H₂O70～210g/L、ZnSO₄·7H₂O25～100g/L、(NH₄)₂SO₄70～140g/L、柠檬酸20～70g/L、H₃BO₃20～40g/L、抗坏血酸0.8～1.5g/L、SiO₂20～100g/L、添加剂0.5～5g/L、SiO₂共沉积促进剂1～3g/L；添加剂为聚乙二醇、硫脲、胡椒醛等中的一种或几种的任意组合，共沉积促进剂为碱土金属盐(如：氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镁等)的一种或几种的任意组合。镀液的pH值为3～5，电镀的电流密度为1～8A/dm²、温度为室温。镀液中SiO₂粉末的粒度为0.5～0.9μm，电镀过程中对镀液的搅拌速度为150～250rpm。各组成物的含量或选取等工艺参数及施镀时间可根据实际所需镀层厚度、硬度、微孔密度等在给出范围内具体选择。表面镀层为脉冲电镀于底镀层上的纳米镍层，单层厚度在10～15μm这个范围。镀层厚度根据实际需要在给定范围内确定。
本发明底层采用Zn-Fe-SiO₂复合层，使Zn、Fe基质层中增加了高熔点、高硬度、耐磨、抗高温的SiO₂颗粒，从而使镀层形成均匀分布的微孔表面。SiO₂颗粒在镀层中的存在，既减小了镀层中Zn、Fe与腐蚀介质接触的面积，又可以阻碍空气中的O₂向镀层中渗透，从而较大幅度地减缓了Zn(OH)₂、Fe(OH)₂和Fe(OH)₃的生成，使镀层耐蚀性大大提高。由于共沉积促进剂的加入，还简化了SiO₂的镀前处理工艺。
因此，表面镀覆有Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层的电极材料具高耐蚀性、耐磨性、耐氧化性、高微孔密度的优点，该电镀工艺及电解液具有高效率、低成本、低能耗、短流程、环保性的优点。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1：Zn-Fe-SiO₂/纳米镍复合镀层的钢板，其底镀层为Zn-Fe基体中夹杂有SiO₂微粒的Zn-Fe-SiO₂复合镀层，镀层中以重量计锌含量为87％，铁含量为12％，SiO₂含量为1％，镀层的厚度为10^-1mm。
该钢板的底层电镀方法，包括在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并在对电镀液搅拌下进行电镀的步骤，还包括在进行电解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干的步骤。电镀液中SiO₂粉末的粒度为0.9μm，镀液的pH值为3，施镀的电流密度为5A/dm²、温度为室温、时间为0.5小时、对镀液的搅拌速度为180rpm。
该电解液包含有作为主盐的Fe及Zn的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的(NH₄)₂SO4、作为缓冲剂的H₃BO₃、以及SiO₂微粒，其具体组成为：FeSO₄·7H₂O 210g/L、ZnSO₄·7H₂O 25g/L、(NH₄)₂SO₄ 140g/L、柠檬酸20g/L、H₃BO₃20g/L、抗坏血酸0.8g/L、SiO₂ 100g/L、聚乙二醇1g/L、硫脲2g/L、胡椒醛2g/L、SiO₂共沉积促进剂氯化钙3g/L。
表面纳米镍镀层的厚度为(8～9)×10^-1mm。该层电镀方法，包括在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并在对电解液搅拌或静置下进行电镀的步骤，还包括在进行电解之后从电解液中取出所述零部件进行水洗，烘干的步骤。镀液的pH值为3.5，施镀的供电方式为脉冲输出供电、温度为室温、时间为25分钟。
该电解液包含作为导电盐的NH₄Cl、作为缓冲剂的H₃BO₃，其具体组成为：NiCl₂·6H₂O 160g/L、NH₄Cl 220g/L、H₃BO₃ 30g/L、平平加0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸钠0.03g/L。
最终镀层的厚度为1mm，镀层的表面微孔密度为1200个/cm²，微孔孔径为0.9μm。