用于碳纤维氰酸酯基复合材料化学镀底镍和电镀镍的镀液及其施镀方法

摘要

本发明提出的一种用于碳纤维氰酸酯基复合材料化学镀底镍和电镀镍的镀液及其施镀方法，提供一种碳纤维增强氰酸酯基复合材料的化学镀打底镍的镀液，以及用于碳纤维氰酸酯基复合材料的电镀镍的镀液，以及化学镀底镍和电镀镍的镀液进行施镀方法，能够得到电镀厚镍层与基体结合力好、延展性好、内应力低，厚度可达400μm左右的厚镍层。采用该方法得到的厚镍层均匀致密、与基体结合力好、延展性好、内应力低，并且整个工艺操作简单，成本低，稳定性好，安全可靠。

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维增强树脂基复合材料的电镀厚镍方法，具体涉及一种碳纤维增 强氰酸酯基复合材料的化学镀打底镍、电镀厚镍的配方以及实施方法。该方法所得到 的厚镍层应力低，延展性好，与基体有良好附着力，并且易于磨削加工。

背景技术

厚镍镀层（50μm-700μm）具有优良的高厚度、耐蚀性、高硬度，镀层结合力好等 优秀的特点，并且在航空工业，化学工业和汽车工业中的应用越来越多的被应用。碳 纤维氰酸酯基复合材料具有较低的热膨胀系数，高尺寸稳定性，耐湿热性，耐空间辐 射性，被广泛用于航空航天,卫星通信，电子产业等领域中。在碳纤维氰酸酯基复合材 料上镀一层厚镍保护层，可以使复合材料抗溶剂腐蚀性、导电性增强，而且易于磨削 加工，这使得复合材料在功能装饰、钢铁防腐、精密光学器件研发等方面有很大的应 用前景。

目前，化学镀厚镍技术在国内还有一定局限性。尤其对于非金属材料而言，鉴于 镀液性能、工艺控制、基体条件等因素限制，镍层厚度一般很难达到300μm以上。相 较化学镀而言，电镀技术虽然均镀、深镀能力欠缺，但其施镀厚度在理论上可以无限 增大。同时，电镀工艺还易于控制，尤其对于厚镍层而言，采用高镀速电镀液可以极 大程度的提高工作效率。如今，工业上所需的一些200μm以上的超厚镍层，往往采用 的也是电镀技术。采用化学镀技术可以得到了厚度在50-200μm的化学镀厚镍层，该 厚镍层虽然可以满足一般防腐蚀、导电、耐磨等要求，但对于一些精密光学器件而言， 需要相对较高的磨削量来保证工件的抛光精度，200微米以下的镀镍层往往难以满足 要求。制备更高厚度的易于磨削且磨削加工余量足够的厚镍层对于材料表面加工有重 要意义。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于碳纤维氰酸酯基复合材料化 学镀底镍和电镀镍的镀液及其施镀方法，利用此方法所得的电镀厚镍层与基体结合力 好、延展性好、内应力低，厚度可达400μm左右。

技术方案

一种用于碳纤维氰酸酯基复合材料化学镀底镍的镀液，其特征在于镀液配方为镀 液每升含硫酸镍25-33g、次亚磷酸钠19-22g、复合络合剂25-31g、醋酸钠12-18g、 稳定剂1-2mg。

所述复合络合剂为含乳酸、丙酸、乙酸、柠檬酸、苹果酸以及丁二酸其中的两种 或三种的混合物。

所述稳定剂为含硫的化合物。

一种用于碳纤维氰酸酯基复合材料电镀镍的镀液，其特征在于镀液配方为：镀液 每升含氨基磺酸镍300-500g、氯化镍0-15g、硼酸20-40g、十二烷基硫酸钠0-0.4g、 添加剂0-2g。

所述添加剂为香豆素、糖精、1,4-丁炔二醇、萘三磺酸钠、环氧氯丙烷、苯亚磺 酸钠等其中的一种或两种以上的混合物。

一种采用所述化学镀底镍的镀液和所述电镀镍的镀液对碳纤维氰酸酯基复合材料 进行电镀厚镍的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：对碳纤维氰酸酯基复合材料的被镀液的基板材进行磨削加工，使得板材 表面树脂层高出碳纤维表面，且磨削后板材表面粗糙度小于0.5μm；

步骤2：用40-70℃的去污液对上述磨削表面清洗10-40min，随后用水、乙醇或丙 酮清洗上述去污后的表面，并干燥；

步骤3：将上述干燥后的表面置入粗化液中，在20-80℃下浸5s-30min进行粗化， 然后用乙醇、丙酮、水或其他试剂超声清洗粗化后的板材表面；

步骤4：将上述粗化板材水洗，经胶体钯活化后，以5-10%的盐酸溶液解胶处理 30s-1min；

步骤5：在化学镀底镍的镀液中进行化学镀镍处理，然后用丙酮清洗板材表面， 得到碳纤维氰酸酯基复合材料化学镀打底镍层；施镀工艺条件为：温度为80-90℃， PH为6.0-6.8，装载量为0.5-1.5dm²/L，时间为30min-2h；

步骤6：将上述镀底镍层板材放入40℃，20%的稀硫酸溶液腐蚀30s-2min；

步骤7：用水清洗上述镀镍板材后在电镀镍的镀液中对度底镍板材进行电镀镍处 理，直到达到预定镀层厚度；施镀工艺条件为：温度为40-55℃，PH为3.8-4.5，电流 密度0.5-8A/dm²，时间0-10h；

步骤8：用乙醇清洗上述电镀镍板材表面，得到碳纤维氰酸酯基复合材料电镀镍 板材。

所述粗化液为二元伯胺或三元伯胺类化合物与稀释液体配制成浓度为1-100%体 积比的蚀刻液；所述二元伯胺或三元伯胺类化合物为乙二胺、1,5戊二胺、1,6己二胺 或三乙胺；所述稀释液体为能溶解二元伯胺或三元伯胺类化合物的溶剂，为N,N二甲 基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇或丁二醇。

所述粗化液为为一元伯胺类化合物与稀释液体配制成浓度为1-100%体积比的蚀 刻液；所述一元伯胺类化合物为丁胺、戊胺、辛胺、己胺、苯胺或庚胺；所述稀释液 体为能溶解二元伯胺或三元伯胺类化合物的溶剂，为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基 乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇或丁二醇。

所述粗化液为上述两种粗化液任意比例混合所形成的蚀刻液。

有益效果

本发明提出的一种用于碳纤维氰酸酯基复合材料化学镀底镍和电镀镍的镀液及其 施镀方法，提供一种碳纤维增强氰酸酯基复合材料的化学镀打底镍的镀液，以及用于 碳纤维氰酸酯基复合材料的电镀镍的镀液，以及化学镀底镍和电镀镍的镀液进行施镀 方法，能够得到电镀厚镍层与基体结合力好、延展性好、内应力低，厚度可达400μm 左右的厚镍层。采用该方法得到的厚镍层均匀致密、与基体结合力好、延展性好、内 应力低，并且整个工艺操作简单，成本低，稳定性好，安全可靠。

附图说明

图1：电镀厚镍工艺流程图；

图2：实施例1电镀厚镍件的镀层厚度；

图3：实施例3电镀厚镍件的断裂面；

图4：实施例1电镀厚镍件基体与镍层的磨削交界面。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

制备粗化液：

所述粗化液为二元伯胺或三元伯胺类化合物与稀释液体配制成浓度为1-100%体 积比的蚀刻液；所述二元伯胺或三元伯胺类化合物为乙二胺、1,5戊二胺、1,6己二胺 或三乙胺；所述稀释液体为能溶解二元伯胺或三元伯胺类化合物的溶剂，为N,N二甲 基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇或丁二醇。

所述粗化液为为一元伯胺类化合物与稀释液体配制成浓度为1-100%体积比的蚀 刻液；所述一元伯胺类化合物为丁胺、戊胺、辛胺、己胺、苯胺或庚胺；所述稀释液 体为能溶解二元伯胺或三元伯胺类化合物的溶剂，为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基 乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇或丁二醇。

所述粗化液为权利要求7和权利要求8任意比例混合所形成的蚀刻液。

实施例1：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍 稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、 15gNaCO₃、和30gNa₃PO₄的去污液除油30min，随后依次用水、乙醇清洗并干燥；③、 将步骤②清洗后的板材放入50℃，50%的粗化液中浸蚀8min；④、将步骤③浸蚀后的 板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④粗化后的板材放 入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理 1min；⑥、在每升含硫酸镍27g、次亚磷酸钠20g、复合络合剂30g、醋酸钠15g、稳 定剂2mg的化学镀镍液中进行化学镀镍处理。施镀工艺条件为：温度为85℃，PH为 6.5，装载量为1dm²/L，时间为1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得 到碳纤维增强氰酸酯基化学镀打底镍件；⑧、将上述打底镍层板材放入40℃，20%的 稀硫酸溶液腐蚀30s-2min；⑨、用水清洗上述打底镍板材，在每升含氨基磺酸镍400g、 氯化镍6g、硼酸30g、十二烷基硫酸钠0.4g、添加剂0g的电镀液中对打底镍板材进行 电镀镍处理。施镀工艺条件为：温度为50℃，PH为4.0，电流密度4A/dm²，时间10h； ⑩、用乙醇清洗上述电镀镍板材表面，得到碳纤维氰酸酯基复合材料电镀镍板材。

实施例2：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍 稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、 15gNaCO₃、和30gNa₃PO₄的去污液除油30min，随后依次用水、乙醇清洗并干燥；③、 将步骤②清洗后的板材放入50℃，50%的粗化液中浸蚀8min；④、将步骤③浸蚀后的 板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④粗化后的板材放 入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理 1min；⑥、在每升含硫酸镍27g、次亚磷酸钠20g、复合络合剂30g、醋酸钠15g、稳 定剂2mg的化学镀镍液中进行化学镀镍处理。施镀工艺条件为：温度为85℃，PH为 6.5，装载量为1dm²/L，时间为1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得 到碳纤维增强氰酸酯基化学镀打底镍件；⑧、将上述打底镍层板材放入40℃，20%的 稀硫酸溶液腐蚀30s-2min；⑨、用水清洗上述打底镍板材，在每升含氨基磺酸镍400g、 氯化镍6g、硼酸30g、十二烷基硫酸钠0.4g、添加剂0.05g的电镀液中对打底镍板材 进行电镀镍处理，直到达到预定镀层厚度。施镀工艺条件为：温度为50℃，PH为4.0， 电流密度4A/dm²，时间8h；⑩、用乙醇清洗上述电镀镍板材表面，得到碳纤维氰酸 酯基复合材料电镀镍板材。

实施例3：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍 稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、 15gNaCO₃、和30gNa₃PO₄的去污液除油30min，随后依次用水、乙醇清洗并干燥；③、 将步骤②清洗后的板材放入50℃，50%的粗化液中浸蚀8min；④、将步骤③浸蚀后的 板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④粗化后的板材放 入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理 1min；⑥、在每升含硫酸镍27g、次亚磷酸钠20g、复合络合剂30g、醋酸钠15g、稳 定剂2mg的化学镀镍液中进行化学镀镍处理。施镀工艺条件为：温度为85℃，PH为 6.5，装载量为1dm²/L，时间为1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得 到碳纤维增强氰酸酯基化学镀打底镍件；⑧、将上述打底镍层板材放入40℃，20%的 稀硫酸溶液腐蚀30s-2min；⑨、用水清洗上述打底镍板材，在每升含氨基磺酸镍400g、 氯化镍6g、硼酸30g、十二烷基硫酸钠0.4g、添加剂0.1g的电镀液中对打底镍板材进 行电镀镍处理，直到达到预定镀层厚度。施镀工艺条件为：温度为50℃，PH为4.0， 电流密度4A/dm²，时间8h；⑩、用乙醇清洗上述电镀镍板材表面，得到碳纤维氰酸 酯基复合材料电镀镍板材。

实施例4：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍 稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、 15gNaCO₃、和30gNa₃PO₄的去污液除油30min，随后依次用水、乙醇清洗并干燥；③、 将步骤②清洗后的板材放入50℃，50%的粗化液中浸蚀8min；④、将步骤③浸蚀后的 板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④粗化后的板材放 入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理 1min；⑥、在每升含硫酸镍27g、次亚磷酸钠20g、复合络合剂30g、醋酸钠15g、稳 定剂2mg的化学镀镍液中进行化学镀镍处理。施镀工艺条件为：温度为85℃，PH为 6.5，装载量为1dm²/L，时间为1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得 到碳纤维增强氰酸酯基化学镀打底镍件；⑧、将上述打底镍层板材放入40℃，20%的 稀硫酸溶液腐蚀30s-2min；⑨、用水清洗上述打底镍板材，在每升含氨基磺酸镍400g、 氯化镍6g、硼酸30g、十二烷基硫酸钠0.4g、添加剂0.15g的电镀液中对打底镍板材 进行电镀镍处理，直到达到预定镀层厚度。施镀工艺条件为：温度为50℃，PH为4.0， 电流密度4A/dm²，时间8h；⑩、用乙醇清洗上述电镀镍板材表面，得到碳纤维氰酸 酯基复合材料电镀镍板材。

实施例5：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍 稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、 15gNaCO₃、和30gNa₃PO₄的去污液除油30min，随后依次用水、乙醇清洗并干燥；③、 将步骤②清洗后的板材放入50℃，50%的粗化液中浸蚀8min；④、将步骤③浸蚀后的 板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④粗化后的板材放 入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理 1min；⑥、在每升含硫酸镍27g、次亚磷酸钠20g、复合络合剂30g、醋酸钠15g、稳 定剂2mg的化学镀镍液中进行化学镀镍处理。施镀工艺条件为：温度为85℃，PH为 6.5，装载量为1dm²/L，时间为1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得 到碳纤维增强氰酸酯基化学镀打底镍件；⑧、将上述打底镍层板材放入40℃，20%的 稀硫酸溶液腐蚀30s-2min；⑨、用水清洗上述打底镍板材，在每升含氨基磺酸镍400g、 氯化镍6g、硼酸30g、十二烷基硫酸钠0.4g、添加剂0.2g的电镀液中对打底镍板材进 行电镀镍处理，直到达到预定镀层厚度。施镀工艺条件为：温度为50℃，PH为4.0， 电流密度4A/dm²，时间8h；⑩、用乙醇清洗上述电镀镍板材表面，得到碳纤维氰酸 酯基复合材料电镀镍板材。

实施例6：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍 稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、 15gNaCO₃、和30gNa₃PO₄的去污液除油30min，随后依次用水、乙醇清洗并干燥；③、 将步骤②清洗后的板材放入50℃，50%的粗化中浸蚀8min；④、将步骤③浸蚀后的板 材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④粗化后的板材放入 每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理1min； ⑥、在每升含硫酸镍27g、次亚磷酸钠20g、复合络合剂30g、醋酸钠15g、稳定剂 2mg的化学镀镍液中进行化学镀镍处理。施镀工艺条件为：温度为85℃，PH为6.5， 装载量为1dm²/L，时间为1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得到碳纤 维增强氰酸酯基化学镀打底镍件；⑧、将上述打底镍层板材放入40℃，20%的稀硫酸 溶液腐蚀30s-2min；⑨、用水清洗上述打底镍板材，在每升含氨基磺酸镍400g、氯化 镍6g、硼酸30g、十二烷基硫酸钠0.4g、添加剂0.05g的电镀液中对打底镍板材进行 电镀镍处理，直到达到预定镀层厚度。施镀工艺条件为：温度为50℃，PH为4.0，电 流密度4A/dm²，时间10h；⑩、用乙醇清洗上述电镀镍板材表面，得到碳纤维氰酸酯 基复合材料电镀镍板材。

为了验证本发明提供的碳纤维氰酸酯基复合材料化学镀厚镍方法的效果，本发明 人进行了如下实验：

用千分尺对实施例1-6制成的碳纤维氰酸酯基复合材料镀镍件进行了厚度测量。 经测试，实施例1-6镀镍层厚度分别为415μm、346μm、364μm、370μm、340μm、410μm， 误差为±15μm。

用电子天平对实施例1-6制成的碳纤维氰酸酯基复合材料镀镍件进行了增重测 量。碳纤维氰酸酯基复合材料镀镍前表面积为100cm²，经测试，实施例1-6增重分别 为38.3023g、31.5923g、34.2500g、35.0121g、31.0154g、37.0225g。为再次验证镀镍 层厚度大小，本发明还采用金相显微镜对镍层厚度进行测量，得到实施例1的镍层厚 度达401.36μm，如图1所示。

上述实施例1-6制成的碳纤维氰酸酯基复合材料镀镍件按照GBT 5270-2005所述 的热震实验测试了镀层与基体的结合情况。结果表明实施例1-6经10次热震实验后镀 层均无裂纹，无鼓泡，无脱落现象，表明镀层有较大的结合力。用扫描电镜对热震后 样品经切割所得到的断裂面进行观察发现，镀层与基体结合良好，其中实施例3镀镍 件断裂面如图3所示。

用800目砂纸对实施例1-6进行磨削加工，在加工过程中，镀层均无起皮，脱落 现象，镀层与基体磨削交界面结合良好，无分层脱落现象，其中实施例1镀镍件的磨 削交界面如图4所示。