本發(fā)明屬于金屬電沉積領(lǐng)域，具體是涉及一種電沉積鈦方法。
背景技術(shù)：
鈦?zhàn)鳛橐环N戰(zhàn)略輕金屬，具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，常用于潛艇、飛機(jī)上，在航海、航空領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，在金屬表面電沉積鈦可起到防護(hù)耐腐蝕作用，可應(yīng)用于如海洋、海水腐蝕環(huán)境中等。
金屬鈦的放電電位低，實(shí)現(xiàn)鈦的沉積較難，同時(shí)鈦的電鍍技術(shù)不成熟也不完善。目前常用的方法如下：一是電弧電離電鍍方法，利用金屬鈦在真空或惰性氣體中電離為鈦離子然后轟擊陰極實(shí)施電鍍；二是二級鍍鈦方法，主要是在基體上先鍍上一層活潑金屬（如鎂），然后用四氯化鈦溶液進(jìn)行清洗，通過鎂將金屬鈦置換出而后鍍在基體上；三是熔融鹽電鍍方法，以碳氧鈦為陽極、待鍍金屬為陰極、熔融鹽為電解質(zhì)實(shí)施電鍍。但是，電弧電離電鍍方法工藝步驟多，能源消耗高，過程復(fù)雜，操作難度大；二級鍍鈦方法中鎂的電極電位同樣較低，電鍍難以實(shí)現(xiàn)；而熔融鹽電鍍方法效率低、周期長、成本低，具有一定局限性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就在于為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種易成形、加工效率高、成本低的電沉積鈦方法。
本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的：
一種電沉積鈦方法，以待鍍金屬為陰極，以單質(zhì)鈦為陽極，以每1000mL水中加入硫酸鈦0.146~0.208 moL、硫酸鈉0.07~0.176 moL、釩酸鹽0.003~0.008 moL、硫酸0.736~1.288moL、表面活性劑10~25 g配制為電鍍液，設(shè)置電流、電壓，實(shí)施電沉積鈦。
所述待鍍金屬為單質(zhì)金屬、合金材料或焊料。
所述釩酸鹽為釩酸鈉。
所述表面活性劑為烷基醚類表面活性劑。
所述烷基醚類表面活性劑為OP-10、月桂醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇三甲基壬基醚或壬基酚聚氧乙烯醚。
所述陰極和陽極材料固定在鍍槽上，陰、陽極的間距為20~25mm，鍍槽為絕緣材質(zhì)。
所述電沉積鈦工藝參數(shù)為：電流密度0.5~5 A/dm2，電壓3~10 V，電鍍?nèi)芤簻囟?5~50 ℃，施鍍時(shí)間2 ~15 min。
所述電沉積鈦在惰性氣體或真空環(huán)境保護(hù)下進(jìn)行。
本發(fā)明的有益效果如下：1）以鈦基硫酸鹽為主鹽，克服傳統(tǒng)電弧電離電鍍和二級電鍍兩種方法的不足之處，提供了一種電沉積鈦的新方法；2）所提供的電沉積鈦方法，不僅可以在單金屬、合金表面實(shí)施鍍鈦，而且在焊接材料表面鍍鈦，為新形態(tài)焊料的制備加工提供一種新思路；3）電沉積鈦鍍液中所采用的非離子表面活性劑不僅可以降低電極與鍍液之間的界面張力，而且還具有整平作用、使得陰極表面鍍層厚度更加均勻；4）電沉積過程所施加的鍍液溫度低、時(shí)間短，具有節(jié)能降耗作用；5）電沉積鈦在惰性氣體或真空環(huán)境保護(hù)下實(shí)施，沉積出的鈦鍍層潔凈度高，不含有任何雜質(zhì)，可制備出高品質(zhì)的鈦鍍層。
本發(fā)明提供的電沉積鈦方法，具有加工速率快、實(shí)施時(shí)間短、成形效率高等優(yōu)點(diǎn)，操作簡單方便，突破了傳統(tǒng)電沉積鈦方法的瓶頸，為新形態(tài)的薄膜鍍層提供了一種新的綠色制造方法，為帶鍍層材料的制造生產(chǎn)提供一種新的技術(shù)途徑。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種電沉積鈦方法，以待鍍金屬為陰極，待鍍金屬可為單質(zhì)金屬、合金材料或焊料（如銀銅釬料）；以單質(zhì)鈦為陽極，陰極和陽極材料固定在鍍槽上，鍍槽為絕緣材質(zhì)，陰陽極的間距為20~25mm，將電鍍液倒入鍍槽中；然后將陽極、陰極材料分別與鍍覆電源的正、負(fù)極連接，設(shè)置電流、電壓，在惰性氣體或真空環(huán)境保護(hù)下實(shí)施電沉積鈦，施鍍一定時(shí)間后，即可獲得組織致密、均勻分布的鈦電鍍層。
以每1000mL水中加入硫酸鈦0.146~0.208 moL、硫酸鈉0.07~0.176 moL、釩酸鹽0.003~0.008 moL、硫酸0.736~1.288moL、表面活性劑10~25g配制為電鍍液；釩酸鹽優(yōu)選為釩酸鈉；所述表面活性劑優(yōu)選為烷基醚類表面活性劑，進(jìn)一步，烷基醚類表面活性劑為OP-10、月桂醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的任意一種。
硫酸鈦?zhàn)鳛殄円褐兄鼷}，為陰極沉積出鈦鍍層提供金屬鈦離子；硫酸鈉作為電沉積鈦中的附加鹽，可提高鍍液的導(dǎo)電性，降低鍍槽邊緣電壓，擴(kuò)大陰極電流密度范圍，改善鍍液的分散能力；釩酸鹽作為分散劑，可降低鍍層的內(nèi)應(yīng)力，提高鍍層韌性，還能夠使得鍍層表面光亮；硫酸作為鍍層細(xì)化劑，既能提高鍍液的導(dǎo)電性，也能細(xì)化鍍層結(jié)晶晶粒；烷基醚類表面活性劑能降低電極與鍍液之間的界面張力，使得鍍液易于在電極表面鋪展，同時(shí)具有整平作用、使得待鍍的陰極表面鍍層厚度更加均勻。
鍍覆電源為直流穩(wěn)壓電源；電沉積鈦工藝參數(shù)優(yōu)選為：電流密度0.5~5 A/dm2，電壓3 ~10 V，電鍍?nèi)芤簻囟?5~50℃，施鍍時(shí)間2~15 min。電沉積鈦優(yōu)選在惰性氣體或真空環(huán)境保護(hù)下進(jìn)行，電沉積鈦在惰性氣體或真空環(huán)境保護(hù)下實(shí)施，沉積出的鈦鍍層潔凈度高，不含有任何雜質(zhì)，可制備出高品質(zhì)的鈦鍍層。
實(shí)施例2
一種電沉積鈦方法，用于BAg60Cu釬料表面沉積鈦電鍍層，包括以下步驟：
（1）首先按硫酸鈦50 g/L（0.208moL/L）、硫酸鈉25 g/L（0.176moL/L）、釩酸鈉1.5 g/L（0.008moL/L）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸70 ml/L（1.288moL/L）、聚乙二醇三甲基壬基醚25 g/L、去離子水1000 ml配置電鍍液，采用EMS-15磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；待電鍍液攪拌均勻后，將其倒入PVC塑料鍍槽中；
（2）同時(shí)將陰極BAg60Cu釬料、陽極材料單質(zhì)鈦固定在鍍槽掛具上，陰陽極間距25 mm；
（3）然后將陽極、陰極材料分別與額定電壓20 V、額定電流5 A的PS205直流穩(wěn)壓鍍覆電源的正、負(fù)極連接；
（4）在真空環(huán)境中，設(shè)置電流密度5 A/dm2，電壓4.5 V，溶液溫度50℃，實(shí)施電沉積鈦，電沉積鈦在攪拌過程中進(jìn)行，攪拌速度 400 r/min，施鍍5 min后，即可在BAg60Cu釬料表面獲得組織致密、均勻分布、厚度為12 μm的鈦電鍍層。
實(shí)施例3
一種電沉積鈦方法，用于紫銅表面沉積鈦電鍍層，包括以下步驟：
（1）首先按硫酸鈦35 g/L（0.146moL/L）、硫酸鈉10 g/L（0.07moL/L）、釩酸鈉0.5g/L（0.003moL/L）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸40 ml/L（0.736moL/L）、OP-10 10g/L、去離子水1000 ml配置電鍍液，采用EMS-15磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；待電鍍液攪拌均勻后，將其倒入ABS塑料鍍槽中；
（2）同時(shí)將陰極紫銅、陽極材料單質(zhì)鈦固定在鍍槽掛具上，陰陽極間距20 mm；
（3）然后將陽極、陰極材料分別與額定電壓20 V、額定電流5 A的PS205直流穩(wěn)壓鍍覆電源的正、負(fù)極連接；
（4）在真空環(huán)境中，設(shè)置電流密度4 A/dm2，電壓3 V，溶液溫度35 ℃，實(shí)施電沉積鈦，電沉積鈦在攪拌過程中進(jìn)行，攪拌速度 400 r/min，施鍍15min后，即可在紫銅表面獲得組織致密、均勻分布、厚度為30 μm的鈦電鍍層。
實(shí)施例4
一種電沉積鈦方法，用于H62黃銅表面沉積鈦電鍍層，包括以下步驟：
（1）首先按硫酸鈦42 g/L（0.175moL/L）、硫酸鈉18 g/L（0.127moL/L）、釩酸鈉1.0 g/L（0.005moL/L）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸55 ml/L（1.012moL/L）、月桂醇聚氧乙烯醚18g/L、去離子水1000 ml配置電鍍液，采用EMS-15磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；待電鍍液攪拌均勻后，將其倒入ABS塑料鍍槽中；
（2）同時(shí)將陰極H62黃銅、陽極材料單質(zhì)鈦固定在鍍槽掛具上，陰陽極間距22 mm；
（3）然后將陽極、陰極材料分別與額定電壓20 V、額定電流5 A的PS205直流穩(wěn)壓鍍覆電源的正、負(fù)極連接；
（4）在氦氣保護(hù)環(huán)境中，設(shè)置電流密度0.5 A/dm2，電壓10 V，溶液溫度45 ℃，實(shí)施電沉積鈦，電沉積鈦在攪拌過程中進(jìn)行，攪拌速度 400 r/min，施鍍10 min后，即可在H62黃銅表面獲得組織致密、均勻分布、厚度為5 μm的鈦電鍍層。
實(shí)施例5
一種電沉積鈦方法，用于BCu75SnNi釬料表面沉積鈦電鍍層，包括以下步驟：
（1）首先按硫酸鈦38 g/L（0.158moL/L）、硫酸鈉16 g/L（0.113moL/L）、釩酸鈉1.2g/L（0.007moL/L）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸50 ml/L（0.92moL/L）、壬基酚聚氧乙烯醚 15g/L、去離子水1000 ml配置電鍍液，采用EMS-15磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；待電鍍液攪拌均勻后，將其倒入環(huán)氧樹脂鍍槽中；
（2）同時(shí)將陰極BCu75SnNi釬料、陽極材料單質(zhì)鈦固定在鍍槽掛具上，陰陽極間距20 mm；
（3）然后將陽極、陰極材料分別與額定電壓20 V、額定電流5 A的PS205直流穩(wěn)壓鍍覆電源的正、負(fù)極連接；
（4）在氬氣保護(hù)環(huán)境中，設(shè)置電流密度2 A/dm2，電壓5 V，溶液溫度40 ℃，實(shí)施電沉積鈦，電沉積鈦在攪拌過程中進(jìn)行，攪拌速度 400 r/min，施鍍12min后，即可在BCu75SnNi釬料表面獲得組織致密、均勻分布、厚度為20 μm的鈦電鍍層。
實(shí)施例6
一種電沉積鈦方法，用于純鎳表面沉積鈦電鍍層，包括以下步驟：
（1）首先按硫酸鈦0.18moL/L、硫酸鈉0.176moL/L、釩酸鈉0.005moL/L、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸0.736moL/L、OP-10 20g/L、去離子水1000 ml配置電鍍液，采用EMS-15磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；待電鍍液攪拌均勻后，將其倒入PVC塑料鍍槽中；
（2）同時(shí)將陰極純鎳、陽極材料單質(zhì)鈦固定在鍍槽掛具上，陰陽極間距22mm；
（3）然后將陽極、陰極材料分別與額定電壓20 V、額定電流5 A的PS205直流穩(wěn)壓鍍覆電源的正、負(fù)極連接；
（4）在真空環(huán)境中，設(shè)置電流密度1 A/dm2，電壓3 V，溶液溫度40 ℃，實(shí)施電沉積鈦，電沉積鈦在攪拌過程中進(jìn)行，攪拌速度 400 r/min，施鍍4min后，即可在純鎳表面獲得組織致密、均勻分布、厚度為6 μm的鈦電鍍層。
實(shí)施例7
一種電沉積鈦方法，用于紫銅表面沉積鈦電鍍層，包括以下步驟：
（1）首先按硫酸鈦0.208moL/L、硫酸鈉0.12moL/L、釩酸鈉0.006moL/L、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸0.9moL/L、壬基酚聚氧乙烯醚10g/L、去離子水1000 ml配置電鍍液，采用EMS-15磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；待電鍍液攪拌均勻后，將其倒入環(huán)氧樹脂鍍槽中；
（2）同時(shí)將陰極紫銅、陽極材料單質(zhì)鈦固定在鍍槽掛具上，陰陽極間距25mm；
（3）然后將陽極、陰極材料分別與額定電壓20 V、額定電流5 A的PS205直流穩(wěn)壓鍍覆電源的正、負(fù)極連接；
（4）在氬氣保護(hù)環(huán)境中，設(shè)置電流密度3 A/dm2，電壓6 V，溶液溫度50 ℃，實(shí)施電沉積鈦，電沉積鈦在攪拌過程中進(jìn)行，攪拌速度 400 r/min，施鍍8min后，即可在紫銅表面獲得組織致密、均勻分布、厚度為15 μm的鈦電鍍層。
實(shí)施例8
一種電沉積鈦方法，用于BAg65Cu釬料表面沉積鈦電鍍層，包括以下步驟：
（1）首先按硫酸鈦0.146moL/L、硫酸鈉0.15moL/L、釩酸鈉0.008moL/L、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸1.1moL/L、聚乙二醇三甲基壬基醚25 g/L、去離子水1000 ml配置電鍍液，采用EMS-15磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；待電鍍液攪拌均勻后，將其倒入PVC塑料鍍槽中；
（2）同時(shí)將陰極BAg65Cu釬料、陽極材料單質(zhì)鈦固定在鍍槽掛具上，陰陽極間距25 mm；
（3）然后將陽極、陰極材料分別與額定電壓20 V、額定電流5 A的PS205直流穩(wěn)壓鍍覆電源的正、負(fù)極連接；
（4）在氦氣保護(hù)環(huán)境中，設(shè)置電流密度2.5 A/dm2，電壓5 V，溶液溫度45 ℃，實(shí)施電沉積鈦，電沉積鈦在攪拌過程中進(jìn)行，攪拌速度 400 r/min，施鍍2 min后，即可在BAg65Cu釬料表面獲得組織致密、均勻分布、厚度為5 μm的鈦電鍍層。
實(shí)施例9
一種電沉積鈦方法，用于Al55Cu合金表面沉積鈦電鍍層，包括以下步驟：
（1） 首先按硫酸鈦0.19moL/L、硫酸鈉0.07moL/L、釩酸鈉0.003moL/L、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸1.288moL/L、月桂醇聚氧乙烯醚15 g/L、去離子水1000 ml配置電鍍液，采用EMS-15磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；待電鍍液攪拌均勻后，將其倒入ABS塑料鍍槽中；
（2）同時(shí)將陰極Al55Cu合金、陽極材料單質(zhì)鈦固定在鍍槽掛具上，陰陽極間距22 mm；
（3）然后將陽極、陰極材料分別與額定電壓20 V、額定電流5 A的PS205直流穩(wěn)壓鍍覆電源的正、負(fù)極連接；
（4）在真空環(huán)境中，設(shè)置電流密度2.5 A/dm2，電壓3.5 V，溶液溫度35 ℃，實(shí)施電沉積鈦，電沉積鈦在攪拌過程中進(jìn)行，攪拌速度 400 r/min，施鍍6min后，即可在Al55Cu合金表面獲得組織致密、均勻分布、厚度為9 μm的鈦電鍍層。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明整體構(gòu)思前提下，還可以作出若干改變和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。