一种碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法

摘要

本发明提供了一种碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，具体包括步骤：碳钢基体的预处理、碳钢基体的活化、碳钢基体的敏化以及碳钢基体的化学镀铜。将预处理后的碳钢基体依次经过含有硼氢化钠的甲醇溶液和含有硫酸镍的盐酸溶液进行活化，再用氯化亚锡溶液进行敏化，最后对碳钢表面进行化学镀铜，在碳钢表面上形成了一层致密的铜镀层。本发明提供的方法中使用价格低的溶液完成碳钢基体的活化，并采用镍作为碳钢表面进行化学镀铜的自催化中心，代替了贵金属钯，原料易得，成本低廉，生产工艺简便，镀层结合力好，重现性高。

权利要求

1.一种碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1：碳钢基体的预处理

对待镀的碳钢基体进行机械打磨，除去锈渍；再将打磨后的碳钢基体置于55-60℃的化学除油液中浸渍20-30min，进行化学除油；将化学除油后的碳钢基体进行清洗，并用5-10％H2SO4溶液，在55-60℃温度下，浸渍20-30s，取出进一步清洗；

S2：碳钢基体的活化

分别配制硼氢化钠的甲醇溶液、硫酸镍的盐酸溶液，所述硼氢化钠的甲醇溶液中硼氢化钠浓度为70-140g/L，所述硫酸镍的盐酸溶液中硫酸镍浓度为30-70g/L，将进一步清洗的碳钢基体在25-45℃下依次浸入硼氢化钠的甲醇溶液和硫酸镍的盐酸溶液中进行活化，总活化时间为20-40min；

S3：碳钢基体的敏化

配制敏化液，将活化后的碳钢基体浸入25-45℃的敏化液中5-12s；所述敏化液的组成为：氯化亚锡32-35g/L、盐酸32-35ml/L，溶剂为水；

S4：碳钢基体的化学镀铜

将含铜镀液加热到55-60℃，对敏化后的碳钢基体进行化学镀铜，简单处理后得到目标产品；其中，所述含铜镀液的组成为：硫酸铜10-12g/L、次亚磷酸钠38-42g/L、硫酸镍1.5-

2.5g/L、柠檬酸钠25-35g/L、二联吡啶10-15mg/L，溶剂为水，含铜镀液的pH值为8.2-8.6。

2.根据权利要求1所述的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，所述机械打磨的具体步骤为：碳钢基体依次用120#、320#、500#砂纸仔细打磨碳钢基体表面，除去表面明显锈渍。

3.根据权利要求1所述的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，所述化学除油液的组成为：碳酸钠50g/L、磷酸钠30g/L、硅酸钠10g/L、氢氧化钠100g/L，溶剂为水。

4.根据权利要求1所述的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，所述硼氢化钠的甲醇溶液的配制方法为：室温下，取50ml甲醇，向其中加入1.5-1.62g氢氧化钠，充分溶解后，再加入7-14g硼氢化钠，充分搅拌，用甲醇定容至100ml，即得所述硼氢化钠的甲醇溶液。

5.根据权利要求1所述的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，所述硫酸镍的盐酸溶液的配制方法为：室温下，取50ml水，向其中加入3-7g的硫酸镍，充分溶解后，再加入5-5.5ml盐酸，用水定容至100ml，即得所述硫酸镍的盐酸溶液。

6.根据权利要求1所述的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，所述含铜镀液的组成为：硫酸铜10g/L、次亚磷酸钠40g/L、硫酸镍1.75-2.00g/L、柠檬酸钠30g/L、二联吡啶12mg/L，含铜镀液的pH值为8.5。

7.根据权利要求1所述的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，S2中，活化温度为30-40℃，总活化时间为25-35min。

8.根据权利要求1所述的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，S2中，浸入硼氢化钠的甲醇溶液中的活化时间为5-20min，浸入硫酸镍的盐酸溶液中的活化时间为5-

20min。

9.根据权利要求1所述的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，其特征在于，S2中，所述硫酸镍的盐酸溶液中硫酸镍浓度为50-70g/L。

说明书

一种碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及碳钢的化学镀铜技术领域，特别是涉及一种碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法。

背景技术

[0002] 钢铁在工业中有着广泛的应用，但是全世界每年因腐蚀而损失的钢铁材料占总钢铁产量的1/5左右，对现代经济发展造成了严重的破坏，甚至可能危及人民的生命安全。化学镀是提高钢铁耐腐蚀性能的一种很重要方法。化学镀是在金属表面的催化作用下，通过控制氧化还原反应而产生金属沉积的过程。化学镀工艺与其他表面处理技术如电镀、机械镀、喷涂等相比，不需要外加电源、操作方便、镀层孔隙率低、外观良好且具有优良的包覆性，凡是能接触到镀液的部位，都能获得较为均匀的镀层，高的附着力、良好的耐腐蚀、耐磨等性能使其在机械、化工、汽车及军工等行业得到了广泛的应用。

[0003] 碳钢化学镀铜具有镀铜速度快，稳定性高，工作温度和溶液浓度适用范围较宽，铜层致密，有极佳的结合力等特点。碳钢镀铜不仅使其保持了碳钢原有的各种优越性，而且使其耐磨损、耐蚀性能、耐老化性能、耐紫外线照射性能和外观装饰效果优于普通碳钢。同时，碳钢镀铜充分保持了碳钢特原有的表面，光泽和强度，其物理、化学、机械性能也未受影响，可直接进行后续加工，能有效发挥不锈钢这种绿色环保金属的全部特性。

[0004] 目前的化学镀铜的前处理中，活化通常采用的是贵金属钯作为活化剂，在镀件表面产生一层活化中心，此方法虽然可以获得较好的金属镀层，但往往存在金属钯价格昂贵的问题，导致生产成本过高。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明采用无钯的活化剂对碳钢表面进行活化，在碳钢表面形成镍活化中心，进行化学镀铜，在碳钢表面得到耐蚀性能良好的金属铜镀层，有效降低生产成本。

[0006] 具体的，本发明提供的碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，具体包括如下步骤：

[0007] S1：碳钢基体的预处理

[0008] 对待镀的碳钢基体进行机械打磨，除去锈渍；再将打磨后的碳钢基体置于 55-60℃的化学除油液中浸渍20-30min，进行化学除油；将化学除油后的碳钢基体进行清洗，并用5-10％H2SO4溶液，在55-60℃温度下，浸渍20-30s，取出进一步清洗；

[0009] S2：碳钢基体的活化

[0010] 分别配制硼氢化钠的甲醇溶液、硫酸镍的盐酸溶液，硼氢化钠的甲醇溶液为碱性，硫酸镍的盐酸溶液为酸性，所述硼氢化钠的甲醇溶液中硼氢化钠浓度为70-140g/L，所述硫酸镍的盐酸溶液中硫酸镍浓度为30-70g/L，将进一步清洗的碳钢基体在25-45℃下依次浸入硼氢化钠的甲醇溶液和硫酸镍的盐酸溶液中进行活化，总活化时间为20-40min；

[0011] S3：碳钢基体的敏化

[0012] 配制敏化液，将活化后的碳钢基体浸入25-45℃的敏化液中5-12s；所述敏化液的组成为：氯化亚锡32-35g/L、盐酸32-35ml/L，溶剂为水；

[0013] S4：碳钢基体的化学镀铜

[0014] 将含铜镀液加热到55-60℃，对敏化后的碳钢基体进行化学镀铜，简单处理后得到目标产品；其中，所述含铜镀液的组成为：硫酸铜10-12g/L、次亚磷酸钠38-42g/L、硫酸镍1.5-2.5g/L、柠檬酸钠25-35g/L、二联吡啶10-15mg/L，溶剂为水，含铜镀液的pH值为8.2-
8.6。

[0015] 优选地，所述机械打磨的具体步骤为：碳钢基体依次用120#、320#、500# 砂纸仔细打磨碳钢基体表面，除去表面明显锈渍。

[0016] 优选地，所述化学除油液的组成为：碳酸钠50g/L、磷酸钠30g/L、硅酸钠 10g/L、氢氧化钠100g/L，溶剂为水。

[0017] 优选地，所述硼氢化钠的甲醇溶液的配制方法为：室温下，取50ml甲醇，向其中加入1.5-1.62g氢氧化钠用于调节溶液为碱性，充分溶解后，再加入7-14g 硼氢化钠，充分搅拌，用甲醇定容至100ml，即得所述硼氢化钠的甲醇溶液。

[0018] 优选地，所述硫酸镍的盐酸溶液的配制方法为：室温下，取50ml水，向其中加入3-7g的硫酸镍，充分溶解后，再加入5-5.5ml盐酸，用水定容至100ml，即得所述硫酸镍的盐酸溶液。

[0019] 优选地，所述含铜镀液的组成为：硫酸铜10g/L、次亚磷酸钠40g/L、硫酸镍1.75-2.00g/L、柠檬酸钠30g/L、二联吡啶12mg/L，含铜镀液的pH值为 8.5。

[0020] 优选地，S2中，活化温度为30-40℃，总活化时间为25-35min。

[0021] 优选地，S2中，浸入硼氢化钠的甲醇溶液中的活化时间为5-20min，浸入硫酸镍的盐酸溶液中的活化时间为5-20min。

[0022] 优选地，S2中，所述硫酸镍的盐酸溶液中硫酸镍浓度为50-70g/L。

[0023] 本发明在碳钢基体表面经过机械打磨、化学除油、酸洗、水洗等预处理，然后依次经过含有硼氢化钠的甲醇溶液和含有硫酸镍的盐酸溶液进行活化，再用氯化亚锡溶液进行敏化，最后对碳钢表面进行化学镀铜，使用价格低的溶液完成碳钢基体的活化，在 此基础上，采用镍作为碳钢表面进行化学镀铜的自催化中心，用含铜镀液进行化学镀铜，在碳钢表面上形成了一层致密的铜镀层，具有原料易得，成本低廉，生产工艺简便，镀层结合力好，耐蚀性能优良、重现性高的特点。

附图说明

[0024] 图1为本发明实施例1提供的镀铜层外观图片；

[0025] 图2为本发明实施例2提供的镀铜层外观图片。

具体实施方式

[0026] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0027] 以下实施例中所用到的试剂，若无特殊说明，均可通过商业途径购买获得，所涉及到的方法，若无特殊说明，均为常规方法。

[0028] 一种碳钢表面无钯活化化学镀铜的方法，具体包括如下步骤：

[0029] S1：碳钢基体的预处理

[0030] 对待镀的碳钢基体进行机械打磨，除去锈渍；再将打磨后的碳钢基体置于 55-60℃的化学除油液中浸渍20-30min，进行化学除油；将化学除油后的碳钢基体进行清洗，并用5-10％H2SO4溶液，在55-60℃温度下，浸渍20-30s，取出进一步清洗；

[0031] S2：碳钢基体的活化

[0032] 分别配制硼氢化钠的甲醇溶液、硫酸镍的盐酸溶液，所述硼氢化钠的甲醇溶液中硼氢化钠浓度为70-140g/L，所述硫酸镍的盐酸溶液中硫酸镍浓度为 30-70g/L，将进一步清洗的碳钢基体在25-45℃下依次浸入硼氢化钠的甲醇溶液和硫酸镍的盐酸溶液中进行活化，总活化时间为20-40min；

[0033] S3：碳钢基体的敏化

[0034] 配制敏化液，将活化后的碳钢基体浸入25-45℃的敏化液中5-12s；，所述敏化液的组成为：氯化亚锡32-35g/L、盐酸32-35ml/L，溶剂为水；

[0035] S4：碳钢基体的化学镀铜

[0036] 将含铜镀液加热到55-60℃，对敏化后的碳钢基体进行化学镀铜，简单处理后得到目标产品；其中，所述含铜镀液的组成为：硫酸铜10-12g/L、次亚磷酸钠38-42g/L、硫酸镍1.5-2.5g/L、柠檬酸钠25-35g/L、二联吡啶10-15mg/L，溶剂为水，含铜镀液的pH值为8.2-
8.6。

[0037] 下面以具体的实施例对本发明进行详细的举例说明。

[0038] 实施例1

[0039] 将尺寸为50mm×25mm×2mm的碳钢片用120#、320#、500#砂纸仔细打磨表面，除去表面明显锈渍，之后在60℃的化学除油液中浸渍30min，该化学除油液的组成为：碳酸钠50g/L、磷酸钠30g/L、硅酸钠10g/L、氢氧化钠100g/L，溶剂为水；将浸渍后的碳钢片取出后用去离子水清洗，清洗后，用10％H2SO4溶液，在60℃温度下，浸渍30s，进一步清洗。

[0040] 分别制备硼氢化钠的甲醇溶液和硫酸镍的盐酸溶液，其中，硼氢化钠的甲醇溶液的配制方法为：室温下，取50ml甲醇，向其中加入1.5g氢氧化钠，充分溶解后，再加入14g硼氢化钠，充分搅拌，用甲醇定容至100ml，即得硼氢化钠浓度为140g/L的所述硼氢化钠的甲醇溶液；

[0041] 硫酸镍的盐酸溶液的配制方法为：室温下，取50ml水，向其中加入5g的硫酸镍，充分溶解后，再加入5ml盐酸，用水定容至100ml，即得硫酸镍浓度为50g/L的所述硫酸镍的盐酸溶液。

[0042] 将清洗后的碳钢片在35℃下依次浸入上述硼氢化钠的甲醇溶液浸渍 10min，上述硫酸镍的盐酸溶液浸渍15min，完成活化过程。活化后的碳钢片经清洗后，用由组成为氯化亚锡32g/L、盐酸32ml/L，溶剂为水的敏化液，在45℃下敏化10s。敏化后的碳钢片经清洗后，放入化学镀铜的镀液中，镀液由10g/L 硫酸铜、40g/L次亚磷酸钠、2.00g/L硫酸镍、30g/L柠檬酸钠、12mg/L二联吡啶组成，pH值为8.5，镀液温度为55℃，施镀30min，之后用去离子水清洗，在90℃烘箱中烘干，完成碳钢表面无钯活化的化学镀铜。

[0043] 对实施例1所制得的样品镀铜层的外观进行观察，并对其性能进行测试，具体如下，

[0044] 实施例1所制得的样品镀铜层的外观图片如图1所示，所得到的样品镀铜层的外观紫铜色，较光亮，镀层均匀，镀层覆盖面积为100％。

[0045] 对于实施例1所制得的样品镀铜层的结合力的检测采用两种方法，具体如下。

[0046] ①根据GB/T 5270–1985《金属基体上的金属覆盖层(电沉积层和化学沉积层)附着强度试验方法》，采用划格试验法：取一刀刃成30°的锐角硬质钢划刀，用刀在镀层表面划出边长为1mm的正方形格子，操作时用力按钢划刀使刀刃完全划破整个镀层，仔细观察划破的镀铜层是否存在从基体上脱落的地方。结果划破的镀铜层边上并没有出现脱落，结果表明镀层和锌板基体之间的结合力良好。

[0047] ②使用划痕法定性分析镀层和碳钢片表面间的结合力情况：使用小刀在镀层上面划5mm×5mm正方形格子，然后将镀件加热到150℃，并保温30min 后，取出浸入水中急速冷却到室温，取出观察基体表面是否出线起皮。结果表明，基体表面都没有发生起皮现象，说明镀层与基体结合力良好。

[0048] 对于实施例1所制得的样品镀铜层的耐腐蚀性的检测具体如下。

[0049] 采用3.5％氯化钠溶液检测了样品镀铜层的耐蚀性能，用腐蚀速率衡量耐蚀性的优劣：将实施例1所制得的样品置于3.5％氯化钠溶液中4小时，90℃烘干 30min，分别称量碳钢片镀前和镀后的质量，腐蚀速率为：

[0050] v＝(M2－M1)/4M2，(M2—浸泡前的质量，M1—浸泡后的质量)，计算所得腐蚀速率为每小时5.87‰，可见，镀铜层耐蚀性良好。

[0051] 实施例2

[0052] 将尺寸为50mm×25mm×2mm的碳钢片用120#、320#、500#砂纸仔细打磨表面，除去表面明显锈渍，之后在55℃的化学除油液中浸渍20min，该化学除油液的组成为：碳酸钠50g/L、磷酸钠30g/L、硅酸钠10g/L、氢氧化钠100g/L，溶剂为水；将浸渍后的碳钢片取出后用去离子水清洗，清洗后，用5％H2SO4溶液，在55℃温度下，浸渍20s，进一步清洗。

[0053] 分别制备硼氢化钠的甲醇溶液和硫酸镍的盐酸溶液，其中，硼氢化钠的甲醇溶液的配制方法为：室温下，取50ml甲醇，向其中加入1.62g氢氧化钠，充分溶解后，再加入7g硼氢化钠，充分搅拌，用甲醇定容至100ml，即得硼氢化钠浓度为70g/L的所述硼氢化钠的甲醇溶液；

[0054] 硫酸镍的盐酸溶液的配制方法为：室温下，取50ml水，向其中加入7g的硫酸镍，充分溶解后，再加入5.5ml盐酸，用水定容至100ml，即得硫酸镍浓度为70g/L的所述硫酸镍的盐酸溶液。

[0055] 将清洗后的碳钢片在40℃下依次浸入上述硼氢化钠的甲醇溶液浸渍 15min，上述硫酸镍盐酸溶液浸渍25min，完成活化过程。活化后的碳钢片经清洗后，用由组成为氯化亚锡35g/L、盐酸35ml/L，溶剂为水的敏化液，在25℃下敏化12s。

[0056] 敏化后的碳钢片经清洗后，放入化学镀铜的镀液中，镀液由12g/L硫酸铜、 38g/L次亚磷酸钠、1.5g/L硫酸镍、25g/L柠檬酸钠、10mg/L二联吡啶组成， pH值为8.2，镀液温度为60℃，施镀25min后用去离子水清洗，在90℃烘箱中烘干，完成碳钢表面无钯活化的化学镀铜。

[0057] 对实施例2所制得的样品镀铜层的外观进行观察，并对其性能进行测试，具体如下，

[0058] 实施例2所制得的样品镀铜层的外观图片如图2所示，所得到的样品镀铜层的外观红铜色，光亮，镀层均匀，镀层覆盖面积为100％。

[0059] 对于实施例2所制得的样品镀铜层的结合力的检测采用两种方法，具体如下。

[0060] ①根据GB/T 5270–1985《金属基体上的金属覆盖层(电沉积层和化学沉积层)附着强度试验方法》，采用划格试验法：取一刀刃成30°的锐角硬质钢划刀，用刀在镀层表面划出边长为1mm的正方形格子，操作时用力按钢划刀使刀刃完全划破整个镀层，仔细观察划破的镀铜层是否存在从基体上脱落的地方。结果划破的镀铜层边上并没有出现脱落，结果表明镀层和锌板基体之间的结合力良好。

[0061] ②使用划痕法定性分析镀层和碳钢片表面间的结合力情况：使用小刀在镀层上面划5mm×5mm正方形格子，然后将镀件加热到150℃，并保温30min 后，取出浸入水中急速冷却到室温，取出观察基体表面是否出线起皮。结果表明，基体表面都没有发生起皮现象，说明镀层与基体结合力良好。

[0062] 对于实施例2所制得的样品镀铜层的耐腐蚀性的检测具体如下。

[0063] 采用3.5％氯化钠溶液检测了样品镀铜层的耐蚀性能，用腐蚀速率衡量耐蚀性的优劣：将实施例2所制得的样品置于3.5％氯化钠溶液中4小时，90℃烘干30min,分别称量碳钢片镀前和镀后的质量，腐蚀速率为：

[0064] v＝(M2－M1)/4M2，(M2—浸泡前的质量，M1—浸泡后的质量)，计算所得腐蚀速率为每小时7.15‰，可见，镀铜层耐蚀性良好。

[0065] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。