專利名稱：一種在鋯鋁合金表面化學(xué)鍍鎳磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在鋯鋁合金的表面化學(xué)鍍鎳磷的方法，屬合金表面鍍膜強(qiáng)化處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1824年，Berzelius首次離析出實(shí)驗(yàn)室數(shù)量的鋯，從此鋯進(jìn)入人們的視野而受到廣泛的關(guān)注。目前鋯已經(jīng)應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，例如用于電子工業(yè)，作為殘余氣體的吸收劑和制造真空管零件。其良好的耐蝕性使其可制作外科工具、化工設(shè)備、電氣零件、珠寶。鋯粉可用于閃光燈粉末、閃光信號(hào)、焰火及雷管等。鋯具有低的熱中子吸收截面，良好的耐蝕性，較高的導(dǎo)熱率，鋯合金作為核工業(yè)燃料包殼材料已得到廣泛應(yīng)用。鋯是具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，抗輻照，膨脹系數(shù)小，結(jié)構(gòu)與尺寸穩(wěn)定，儲(chǔ)量豐富，有望代替不銹鋼、GCrl5應(yīng)用于空間活動(dòng)結(jié)構(gòu)部件，承受空間輻照、原子氧、低溫及交變溫度的影響。然而純鋯(Zr)的拉伸強(qiáng)度只有300MPa，腐蝕性能很不穩(wěn)定，作為結(jié)構(gòu)件不能滿足使用要求。加入少量的合金元素Al 制備鋯鋁合金在鋯基體形成強(qiáng)化相可顯著提高鋯合金的機(jī)械性能，滿足空間結(jié)構(gòu)件性能要求。鋯合金在高溫高壓去離子水中的腐蝕通常分為兩個(gè)階段，腐蝕初期，表面生成一層致密的黑色氧化膜，腐蝕速率隨時(shí)間變化越來越低；隨后腐蝕速率突然增大，生成不具有保護(hù)性的白色氧化膜。因此有必要對(duì)鋯合金進(jìn)行表面處理，提高其耐蝕性。作為空間結(jié)構(gòu)件，保持一定的耐磨性也是必要的。現(xiàn)有技術(shù)中，提高鋯合金耐蝕性的方法通常是采用合金化的方法，添加適量的Sn 可抑制N的不利影響，中和碳和鋁的影響到某種程度。添加少量的i^、Cr或Ni可延遲發(fā)生快速腐蝕發(fā)生的時(shí)間。而對(duì)鋯合金采用表面處理提高其耐蝕性的研究未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在鋯鋁合金表面化學(xué)鍍鎳磷的方法，提高了鋯鋁合金的耐磨性和耐蝕性，并可使鋯鋁合金獲得良好的綜合性能。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的；本發(fā)明的方法包括以下步驟(1)將鋯、鋁按比例配制后反復(fù)熔煉，使成分均勻，得到鋯鋁合金；(2)將制備好的鋯鋁合金線切割成一定大小，用觀0、600、800、1000目的砂紙依次
進(jìn)行打磨，使合金表面平整光亮；(3)得到的鋯鋁合金試樣先后浸入去離子水、丙酮中之后在超聲波清洗器中清洗 5 lOmin，再放入溫度為50 60°C、質(zhì)量濃度為40 60g/LNa0H溶液中堿洗10 15min， 然后用去離子水沖洗干凈；⑷酸洗粗化將步驟(3)得到的試樣放入HF HNO3 H2O按體積比為5 (30 45) (50 65)的混合液中，進(jìn)行酸洗粗化，時(shí)間10 30s，用去離子水沖洗干凈；
(5)磷化或浸鋅處理①磷化處理處理液組成如下正磷酸10 25g/L、硫酸鋅20 50g/L、NaF 1 3g/L、有機(jī)硫 0. 1 0. 3g/L ；控制pH 2 3，溫度40 55°C，時(shí)間1 !Min ；用去離子水沖洗干凈；②浸鋅處理處理液組成如下硫酸鋅25 35g/L、焦磷酸鈉110 130g/L、碳酸鈉4 7g/L ；控制pH 9 11，溫度70 85°C，時(shí)間5 12min，用去離子水沖洗干凈；(6)化學(xué)鍍鎳磷方法有以下兩種①采用中性化學(xué)鍍鍍液組成如下硫酸鎳15 25g/L、還原劑次磷酸鈉35 45g/L、硫酸銨30 50g/L、乙酸鈉 30 50g/L、乙酸鉛 0. 5 1. 5mg/L ；控制pH 6 7，溫度70 80°C，時(shí)間40 60min ；②或采用酸性化學(xué)鍍鍍液組成如下主鹽硫酸鎳20 35g/L、還原劑次磷酸鈉20 40g/L、乳酸15 25g/L、乙酸鈉 30 40g/L ；控制pH 4 5，溫度70 85 °C，時(shí)間為40 60min ；(7)用去離子水沖洗，吹干，得到表面光亮、致密，與基體結(jié)合牢固，厚度為10 20 μ m的鎳磷鍍層。本發(fā)明取得的有益效果是，本發(fā)明適用性廣，不同成分的鋯鋁合金分別通過磷化處理和浸鋅處理后化學(xué)鍍均可以獲得光亮致密、與基體結(jié)合牢固、耐蝕抗磨性優(yōu)異的鎳磷鍍層。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明。下面的實(shí)施例是在本發(fā)明技術(shù)方案為前提下實(shí)施， 給出了詳細(xì)的實(shí)施方式及具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1(1)將鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8. 8%的鋯、鋁按比例配制后反復(fù)熔煉，達(dá)到成分均勻，得到鋯鋁合金；(2)將制備好的鋯鋁合金線切割成15 X 5 X 3mm大??；(3)準(zhǔn)備鎳磷化學(xué)鍍液，該鍍液的化學(xué)組成如下主鹽硫酸鎳20g/L、還原劑次磷酸鈉40g/L、硫酸銨40g/L、乙酸鈉40g/L、乙酸鉛 lmg/L ；(4)將鋯鋁合金進(jìn)行機(jī)械打磨，用400、600、800、1000目的砂紙依次打磨，使表面
平整光亮，然后進(jìn)行超聲波清洗，超聲波清洗是將鋯合金先后浸入去離子水、丙酮中之后在超聲波清洗器中清洗5min，除去油脂，用去離子水沖洗并吹干；(5)然后進(jìn)行堿洗，目的是為進(jìn)一步除去鋯合金表面的油脂，堿洗液為60g/L的氫氧化鈉溶液，將其加熱到60°C后放入鋯鋁合金，時(shí)間為lOmin。隨后用去離子水沖洗并吹干；(6)然后進(jìn)行酸洗，酸洗液配方為氫氟酸，硝酸和水的體積比為5 35 60，酸洗時(shí)間20s，之后用去離子水沖洗并吹干；(7)然后進(jìn)行磷化處理，磷化液組成如下磷酸15g/L，硫酸鋅40g/L，氟化鈉1. 5g/ L，硫脲0. 15g/L，溫度45°C，pH為2. 5，時(shí)間3min，磷化后用去離子水清洗并吹干；(8)然后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷的工藝程序?qū)⑸鲜鼋?jīng)處理的鋯合金放入步驟( 準(zhǔn)備好的化學(xué)鍍液中，溫度控制在80°C左右，溶液的pH調(diào)節(jié)在6. 8左右，施鍍時(shí)間為60min ；(9)然后用去離子水清洗并吹干，得到均勻的具有金屬光澤的鎳磷合金鍍層，鍍層厚度為15 20μπι。實(shí)施例2(1)將鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8. 0%的鋯、鋁按比例配制后反復(fù)熔煉，達(dá)到成分均勻；(2)本實(shí)施例的鍍液配方及步驟(2) (3) (4) (5)和(8)與上述實(shí)施1完全相同，不同的是步驟(6)和(7)。本實(shí)施例的步驟(6)所用酸洗液與實(shí)例1相同，不同在于時(shí)間為10s。本實(shí)施例的步驟(7)為浸鋅，浸鋅液組成為硫酸鋅30g/L，焦磷酸鈉120g/L，碳酸鈉5g/L的水溶液，pH為10，將其加熱到80°C，放入鋯鋁合金，浸鋅時(shí)間lOmin。本實(shí)施例最后在鋯鋁合金表面可獲得具有金屬光澤的鎳磷合金鍍層，鍍層厚度為 15 20 μ m。實(shí)施例3本實(shí)施例的工藝過程和步驟和上述實(shí)施例1完全相同，不同的是其化學(xué)鍍液的配方。本實(shí)施例的鍍液化學(xué)組成為主鹽硫酸鎳^g/L還原劑次磷酸鈉 30g/L乳酸20g/L乙酸鈉！35g/L然后，其工藝過程和步驟與實(shí)施例1中的(2) (3)⑷(5) (6)和(7)完全相同。化學(xué)鍍鎳PH調(diào)節(jié)在4. 5左右，溫度控制在75°C，施鍍時(shí)間為60min。本實(shí)施例最后在鋯合金表面可獲得具有金屬光澤的鎳磷合金鍍層，鍍層厚度為15 20μπι。
實(shí)施例4(1)將鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8. 4%的鋯、鋁按比例配制后反復(fù)熔煉，使成分均勻；(2)將制備好的鋯鋁合金線切割成12 X 5 X 3mm大?。?3)準(zhǔn)備鎳磷化學(xué)鍍液，該鍍液的化學(xué)組成如下主鹽硫酸鎳30g/L，還原劑次磷酸鈉35g/L，乳酸20g/L，乙酸鈉30g/L ；(4)將鋯鋁合金進(jìn)行機(jī)械打磨，用400、600、800、1000目的砂紙依次打磨，使表面平整光亮，然后進(jìn)行超聲波清洗，超聲波清洗是將鋯合金先后浸入去離子水、丙酮中之后在超聲波清洗器中清洗5min，除去油脂，用去離子水沖洗并吹干；(5)然后進(jìn)行堿洗，目的是為進(jìn)一步除去鋯合金表面的油脂；堿洗液為60g/L的氫氧化鈉溶液，將其加熱到60°C后放入鋯鋁合金，時(shí)間為lOmin。隨后用去離子水沖洗并吹干；(6)然后進(jìn)行酸洗，酸洗液配方為氫氟酸，硝酸和水的體積比為5 40 55，酸洗時(shí)間10s，之后用去離子水沖洗并吹干；(7)然后進(jìn)行浸鋅處理，浸鋅液組成如下硫酸鋅32g/L，焦磷酸鈉115g/L，碳酸鈉 6g/L的水溶液，pH為9. 5，將其加熱到75°C，放入鋯鋁合金，浸鋅時(shí)間lOmin。(8)然后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷的工藝程序，將上述經(jīng)處理的鋯合金放入步驟C3)配制的化學(xué)鍍液中，溫度控制在80°C左右，溶液的pH調(diào)節(jié)在4. 8左右，施鍍時(shí)間為50min ；(9)然后用去離子水清洗并吹干，得到均勻的具有金屬光澤的鎳磷合金鍍層，鍍層厚度為15 20μπι。
權(quán)利要求
1. 一種在鋯鋁合金表面化學(xué)鍍鎳磷的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將鋯、鋁按比例配制后反復(fù)熔煉，使成分均勻，得到鋯鋁合金；(2)將制備好的鋯鋁合金線切割成一定大小，用觀0、600、800、1000目的砂紙依次進(jìn)行打磨，使合金表面平整光亮；(3)得到的鋯鋁合金試樣先后浸入去離子水、丙酮中之后在超聲波清洗器中清洗5 lOmin，再放入溫度為50 60°C、質(zhì)量濃度為40 60g/LNa0H溶液中堿洗10 15min，然后用去離子水沖洗干凈；(4)酸洗粗化將步驟(3)得到的試樣放入HF HNO3 H2O按體積比為5 (30 45) (50 65) 的混合液中，進(jìn)行酸洗粗化，時(shí)間10 30s，用去離子水沖洗干凈；(5)磷化或浸鋅處理①磷化處理處理液組成如下正磷酸10 25g/L、硫酸鋅20 50g/L、NaF 1 3g/L、有機(jī)硫0. 1 0. 3g/L ；控制pH2 3，溫度40 55°C，時(shí)間1 ^iin ；用去離子水沖洗干凈；②浸鋅處理處理液組成如下硫酸鋅25 35g/L、焦磷酸鈉110 130g/L、碳酸鈉4 7g/L ；控制pH9 11，溫度70 85°C，時(shí)間5 12min，用去離子水沖洗干凈；(6)化學(xué)鍍鎳磷方法有以下兩種①采用中性化學(xué)鍍鍍液組成如下硫酸鎳15 25g/L、還原劑次磷酸鈉35 45g/L、硫酸銨30 50g/L、 乙酸鈉30 50g/L、乙酸鉛0. 5 1. 5mg/L ；控制pH6 7，溫度70 80°C，時(shí)間40 60min ；②或采用酸性化學(xué)鍍鍍液組成如下主鹽硫酸鎳20 35g/L、還原劑次磷酸鈉20 40g/L、乳酸15 25g/ L、乙酸鈉30 40g/L ；控制pH4 5，溫度70 85°C，時(shí)間為40 60min ；(7)用去離子水沖洗，吹干，得到表面光亮、致密，與基體結(jié)合牢固，厚度為10 20μ m 的鎳磷鍍層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在鋯鋁合金表面化學(xué)鍍鎳磷鍍層的方法。包括以下步驟(1)將鋯、鋁按一定比例配制后反復(fù)熔煉，使成分均勻；(2)將制備好的鋯鋁合金線切割成一定大小，依次用不同細(xì)度的砂紙打磨，經(jīng)去離子水、丙酮超聲波清洗后堿洗；(3)將試樣放入HF、HNO3、H2O混合液，時(shí)間10～30s；(4)磷化處理或浸鋅處理；(5)化學(xué)鍍可以為中性或酸性化學(xué)鍍。本發(fā)明可在鋯合金表面制備鍍層均勻、致密的鎳磷鍍層，厚度在10～20μm，顯著提高鋯合金的抗磨耐蝕性。適用性廣，不同成分的鋯鋁合金均可以獲得光亮致密、與基體結(jié)合牢固、耐蝕抗磨性優(yōu)異的鎳磷鍍層。尤其適合于形狀復(fù)雜零件的強(qiáng)化處理。
文檔編號(hào)C23C18/36GK102220574SQ20111014336
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者國棟, 李建輝, 李強(qiáng), 毛磊, 馬靜 申請(qǐng)人:河北科技大學(xué)