一种中性镀铂液及应用、一种在钛基材表面电镀铂的方法

本发明涉及电镀铂，尤其涉及一种中性镀铂液及应用、一种在钛基材表面电镀铂的方法。

背景技术：

1、钛上镀铂技术融合了钛的高强度、低密度和优异的耐腐蚀性与铂的卓越电化学惰性和催化性能，开辟了材料应用的新领域。镀铂钛材在燃料电池中作为高效的极板材料，能显著提升能量转换效率，推动清洁能源的发展。在医疗器械领域，铂镀层增强了钛合金的生物相容性，为患者提供了更安全、更可靠的植入物选择。此外，钛上镀铂的耐腐蚀涂层为化工设备提供了额外的防护，延长了其使用寿命，减少了维护成本。这一技术的应用不局限于特定领域，其在催化、传感器、以及各种极端环境下的部件制造中均展现出重要价值，是现代工业和科技发展中不可或缺的材料技术之一。

2、酸性镀铂液ph值在0.2～3.0之间，因溶液中含有大量酸性溶液，在电镀过程中，阴极表面因化学反应而容易吸附氢气，导致镀出的膜层易出现针孔或裂纹。碱性镀铂液ph值在9.0～13.5之间，因无酸性溶液在电镀过程中反应产生氢气，所以表面较少产生针孔或裂纹，但电镀过程中钛片表面电沉积的铂颗粒是分散在钛片的表面，导致其表面铂颗粒之间会存在一定的孔隙，铂镀层会因孔隙的存在而影响其耐腐蚀性和使用寿命。

3、专利cn115787011a公开了一种电解水制氢用钛集电器表面制备铂涂层的电镀液及电镀方法，但所述电镀液仍为酸性镀铂液，电镀铂过程中需要额外通过大电流瞬时冲击以及通入惰性气体的方法提高铂镀层的均匀度，以及通入惰性气体的方法提高铂镀层的均匀度且镀层厚度超过0.5微米，工艺成本相较于本专利发明而言较高。

4、基于以上问题，结合钛基材前处理工艺，研究出一种稳定、可操作性高，制备出的镀层较薄且质量优良的中性镀铂液以及一种钛基材镀铂方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种中性镀铂液及应用、一种在钛基材表面电镀铂的方法，以解决现有技术中酸性或碱性镀铂液镀铂效果差、制备镀层较厚而增加工艺成本的问题，实现了在钛基材表面镀出表面平整、厚度均匀、无裂纹、低孔隙率、镀层较薄且铂颗粒直径小、排列细密且附着度高的铂镀层。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、本发明的技术方案之一在于提供了一种中性镀铂液，所述中性镀铂液由二亚硝基二氨铂(p盐)、磷酸氢二铵、柠檬酸三钠二水合物、谷氨酸钠、乙二醇溶解于去离子水后，通过ph调节剂调节ph值为7.0～7.5得到。

4、本发明的中性镀铂液中加入磷酸氢二铵使其与p盐以及其他添加剂溶于去离子水，配制成ph值在7.0～7.5之间的中性镀铂液，采用柠檬酸三钠盐二水合物作为缓冲剂和导电剂，采用谷氨酸钠作为光亮剂与络合剂，采用乙二醇作为还原剂和分散剂，加入p盐、磷酸氢二铵及其他添加剂配制而成的电镀液具有良好的稳定和电镀性能。

5、本发明的中性镀铂液中使用乙二醇作为还原剂和分散剂，用来降低颗粒之间的凝聚力，防止颗粒在镀液中的聚集，减少因颗粒沉淀或析出而造成的镀层缺陷，从而提高镀层的一致性和光洁度；

6、使用谷氨酸钠作为辅助络合剂，既有络合剂的作用，又具有一定光亮剂的作用，在电镀过程中能与金属离子结合，帮助金属离子均匀地沉积到基材表面，形成光亮层的光滑表面，减少镀层的粗糙度；

7、将柠檬酸三钠二水合物作为缓冲剂和导电剂，在电镀过程中，氢离子是电镀过程中的产物之一，会导致镀液的ph值下降，柠檬酸三钠二水合物作为缓冲剂，能够中和镀液中的氢离子，维持镀液的ph值稳定，确保电镀过程的正常进行，柠檬酸三钠二水合物作为导电剂又能够扩大阴极的电流密度范围，使得镀液中的金属离子能够更深入地沉积在工件的表面和内部，提升镀层的厚度和均匀性；

8、多种添加剂协同作用，在电镀过程中，能够有效控制金属离子的沉积速率和分布，减少表面缺陷和瑕疵，比如气孔、暗斑等，还能够提高镀液的分散力和深镀能力，同时增强阴极电流效率，使得获得的镀层孔隙率低、光亮度高，镀层质量优异。

9、酸性镀铂液ph值在0.2～3.0之间，因溶液中含有大量酸性溶液，在电镀过程中，阴极表面因化学反应而容易堆积氢气，使得钛片周围的溶液被气泡分散开，周围的铂离子浓度下降，导致镀出的膜层易出现针孔或裂纹，镀层铂颗粒会具有排列疏松不致密的问题存在；

10、碱性镀铂液由于ph值较高，会对环境和设备造成一定的腐蚀和污染，同时，碱性镀铂液在电镀过程中产生的废液和废气也需要进行专门的处理，对某些金属基体而言，在氨碱性溶液中易钝化，导致镀层质量不佳，碱性镀铂液相对中性镀铂液而言，适用范围有所受限；

11、而本发明的中性镀铂液由于ph值接近中性，对环境的污染相对较小，中性镀铂液适用于多种金属基体的电镀，其适用范围广，此外，中性镀铂液在电镀过程中产生的废液和废气也更容易处理。

12、进一步的，所述镀铂液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂10～20g/l、磷酸氢二铵30～40g/l、柠檬酸三钠二水合物70～100g/l、谷氨酸钠5～50g/l、乙二醇5～10ml/l。

13、进一步的，所述镀铂液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂12g/l、磷酸氢二铵35g/l、柠檬酸三钠二水合物76g/l、谷氨酸钠12g/l、乙二醇8ml/l。

14、进一步的，所述ph调节剂包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钙、磷酸三钠、柠檬酸三钠和柠檬酸、草酸、甲酸、乙酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸和氨基磺酸中的一种或多种。

15、进一步的，所述ph调节剂优选为氨水与柠檬酸。

16、进一步的，当所述镀铂液的ph<7时，使用氨水进行ph调节，调节期间使用ph计实时测量溶液ph值。

17、进一步的，当所述镀铂液的ph>7.5时，使用无水柠檬酸进行ph调节，调节期间使用ph计实时测量溶液ph值。

18、本发明的技术方案之二在于提供了一种如上所述的中性镀铂液在电镀铂技术领域的应用。

19、本发明的技术方案之三在于提供了一种利用如上所述的中性镀铂液在钛基材表面电镀铂的方法，该方法包括以下步骤：将钛基材进行脱脂与酸蚀处理后，在所述中性电镀液中对钛基材使用直流电沉积的方法电镀铂，电镀后清洗烘干，经后处理得到镀铂钛基材。

20、进一步的，所述脱脂处理具体包括：采用有机溶液清洗钛基材，再采用金属除油剂对钛基材进行脱脂处理。

21、进一步的，所述有机溶液为75％乙醇溶液。

22、进一步的，所述酸蚀过程中的酸蚀液为硫酸与磷酸的混合溶液。

23、进一步的，所述混合酸溶液体积比优选为为硫酸：磷酸：去离子水＝(40～75ml)：(10～30ml)：150ml。

24、进一步的，所述混合酸溶液体积比为硫酸：磷酸：去离子水＝50ml：20ml：150ml。

25、进一步的，所述混合酸溶液的温度为60～80℃，对钛片的处理时间为20～50min。

26、进一步的，所述混合酸溶液的温度优选为为70℃，对钛片处理时间优选为35min。

27、进一步的，所述直流电沉积过程中，阴极为酸蚀后的钛基材，阳极为纯铂片。

28、进一步的，所述阳极与阴极的面积比为1：(1～8)，优选为1：2。

29、进一步的，所述电镀过程中，中性镀铂液的温度为60～80℃，电流密度为1.0～10.0a/dm2，电镀时间为2～10min。

30、进一步的，所述电镀过程中，中性镀铂液的温度优选为68℃，电流密度优选为3a/dm2，电镀时间优选为5min。

31、进一步的，所述清洗烘干包括：将镀铂后的钛基材使用常温去离子水冲洗2～10s；再放入烘干箱进行烘干，烘箱温度为100～150℃，时间为20～30min。

32、进一步的，常温去离子水冲洗时间优选为5-6s；烘箱温度优选为110℃，时间优选为30min。

33、进一步的，所述的后处理为将烘干的钛片放入马弗炉中，在300～600℃条件下热处理烘烤20～40min。

34、进一步的，马弗炉中热处理的温度优选为450℃，热处理时间优选为30min。

35、进一步的，所述钛基材为含钛量99％的纯金属钛片。

36、进一步的，所述电镀铂的步骤包括：

37、(1)采用75％乙醇溶液对钛基材进行超声清洗15分钟，再使用5wt.％的金属除油剂，在55℃下对钛片脱脂10分钟；

38、(2)使用硫酸与磷酸和纯水的混合酸溶液酸蚀处理钛片，以去除钛片表面的氧化物，对钛片表面进行活化，提高钛片表面的粗糙度；

39、(3)将步骤(2)中酸蚀后的钛基材作为阴极，纯铂片作为阳极，对钛基材使用直流电沉积的方法进行电镀铂；

40、(4)将镀铂后的钛片使用常温去离子水冲洗后，再放入烘干箱进行烘干；

41、(5)将干燥后的钛片再放入马弗炉中后处理，进行高温热处理烘烤，进一步提高镀层结合力。

42、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

43、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

44、1、本发明的中心镀铂液中加入磷酸氢二铵使其与二亚硝基二氨铂与其他添加剂溶于去离子水，配制成ph值在7.0～7.5之间的中性镀铂液，以二亚硝基二氨铂为铂主盐，以谷氨酸钠为光亮剂与络合剂，以乙二醇为还原剂和分散剂，以柠檬酸三钠二水合物为缓冲剂和导电剂，加入磷酸氢二铵，使得镀液获得良好的电镀能力，在多种添加剂的协同作用下，此中性镀铂液在电镀过程中能够有效控制金属离子的沉积速率和分布，减少表面缺陷和瑕疵，比如气孔、暗斑等，还能够提高镀液的分散力和深镀能力，同时增强阴极电流效率，使得获得的镀层孔隙率低、光亮度高，镀层质量优异，使得制备出的镀层的铂颗粒致密细小。

45、2、本发明通过对钛基材进行前处理，通过硫酸与磷酸对钛基材表面进行蚀刻，以去除钛基材表面的氧化物，对钛片表面进行活化，提高了钛基材表面的粗糙度，且增强了钛基材与铂镀层之间的结合力，且前处理改善了钛基材机械加工留下的表面缺陷，有利于提高铂镀层的均匀性。

46、3、本发明通过中性电镀液与钛基材前处理，将钛基材表面的铂镀层厚度可降至0.5μm以下，厚度在0.5μm内可控，并且钛上铂颗粒粒径细小程度得到提高，排列紧密，整体颗粒粒径细小，除了对钛基材的导电性能和耐腐蚀性能有所提高外，对于作为催化剂载体的镀铂钛板而言，其颗粒的细密程度能极大提高催化反应的效率和产率。

47、4、本发明所公开的中性镀铂液成分简单，ph值接近中性，对环境的污染相对较小，中性镀铂液适用于多种金属基体的电镀，其适用范围广，此外，中性镀铂液在电镀过程中产生的废液和废气也更容易处理，且在钛基材表面镀铂的步骤少，方便操作，易于实现。

技术特征：

1.一种中性镀铂液，其特征在于，所述中性镀铂液由二亚硝基二氨铂、磷酸氢二铵、柠檬酸三钠二水合物、谷氨酸钠、乙二醇溶解于去离子水后，通过ph调节剂调节ph值为7.0～7.5得到。

2.根据权利要求1所述的一种中性镀铂液，其特征在于，所述镀铂液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂10～20g/l、磷酸氢二铵30～40g/l、柠檬酸三钠二水合物70～100g/l、谷氨酸钠5～50g/l、乙二醇5～10ml/l。

3.根据权利要求1所述的一种中性镀铂液，其特征在于，所述ph调节剂包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钙、磷酸三钠、柠檬酸三钠和柠檬酸、草酸、甲酸、乙酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸和氨基磺酸中的一种或多种。

4.一种如权利要求1所述的中性镀铂液在电镀铂技术领域的应用。

5.一种利用如权利要求1所述的中性镀铂液在钛基材表面电镀铂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将钛基材进行脱脂与酸蚀处理后，在所述中性电镀液中对钛基材使用直流电沉积的方法电镀铂，电镀后清洗烘干，经后处理得到镀铂钛基材。

6.根据权利要求5所述的一种在钛基材表面电镀铂的方法，其特征在于，所述脱脂处理具体包括：采用有机溶液清洗钛基材，再采用金属除油剂对钛基材进行脱脂处理。

7.根据权利要求5所述的一种在钛基材表面电镀铂的方法，其特征在于，所述酸蚀过程中的酸蚀液为硫酸与磷酸的混合溶液。

8.根据权利要求7所述的一种在钛基材表面电镀铂的方法，其特征在于，所述混合酸溶液体积比为硫酸：磷酸：去离子水＝(40～75ml)：(10～30ml)：150ml。

9.根据权利要求5所述的一种在钛基材表面电镀铂的方法，其特征在于，所述直流电沉积过程中，阴极为酸蚀后的钛基材，阳极为纯铂片。

10.根据权利要求9所述的一种在钛基材表面电镀铂的方法，其特征在于，所述阳极与阴极的面积比为1：(1～8)。

技术总结
本发明涉及电镀铂技术领域，尤其涉及一种中性镀铂液及应用、一种在钛基材表面电镀铂的方法，所述中性镀铂液由二亚硝基二氨铂、磷酸氢二铵、柠檬酸三钠二水合物、谷氨酸钠、乙二醇溶解于去离子水后，调节pH值为7.0～7.5得到；方法包括以下步骤：将钛基材进行脱脂与酸蚀处理后，在所述中性电镀液中对钛基材使用直流电沉积的方法电镀铂，电镀后清洗烘干，得到镀铂钛基材。与现有技术相比，本发明使用硫酸与磷酸两酸混合溶液对钛材进行表面酸蚀处理，提高铂镀层与钛基底的表面结合力，且此中性镀铂液可通过简单的操作镀出表面平整、厚度均匀、无裂纹、低孔隙率、镀层较薄且铂颗粒直径小、排列细密且附着度高的铂镀层。

技术研发人员：李俊,束春慧,王振卫
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5