一種鋼鐵零部件表面鎳含量階段性增加的鋅鎳合金鍍層的脈沖電鍍制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋼鐵零部件表面鎳含量階段性增加的鋅鎳合金鍍層的脈沖電鍍制備方法。其采用電鍍供電方式為脈沖供電，電流密度階段性減小，頻率階段性減小，占空比階段性減小。該表面鍍覆有鍍層的鋼鐵零部件，其鍍層為鋅鎳合金納米膜鍍層，從靠近基體一側(cè)起直到表面，鍍層中的鎳含量階段性增加，其中鋅鎳合金納米膜表面的鎳含量為13％附近。鎳含量的階段性增加提供了極好的結(jié)合力，而表層13％含量的鋅鎳合金則具有極好的耐蝕力，并且所形成的整體由于鎳含量的連續(xù)變化還提供了高硬度、耐蝕性、耐磨性、耐高溫氧化性能和高致密性、裝飾性(外觀)，獲得了綜合性能優(yōu)良的鋅鎳合金納米膜鍍層。
【專利說明】一種鋼鐵零部件表面鎳含量階段性增加的鋅鎳合金鍍層的脈沖電鍍制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼鐵零部件表面鎳含量階段性增加的鋅鎳合金鍍層的脈沖電鍍制備方法，屬鋼鐵零部件及金屬材料表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]腐蝕與防腐關(guān)系到經(jīng)濟發(fā)展和人民生命安全，表面工程技術(shù)是解決機械零部件及材料腐蝕與防護最經(jīng)濟有效的手段和方法。隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術(shù)的飛速發(fā)展，對機械零部件和材料表面的性能要求越來越高，表面處理技術(shù)也隨之有了迅速的發(fā)展。表面工程技術(shù)可以使用化學、物理或電化學方法來對零部件或材料表面進行處理，使其表面形成各種防護層，提高零部件或材料的使用壽命。合金復(fù)合表面沉積(電沉積或化學沉積)因其與單金屬表面沉積相比具有較高的耐蝕性、硬度、致密性、耐磨性、耐高溫性、易焊性及漂亮的外觀，而得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]近年來，人們對研發(fā)納米多層膜給予了極大關(guān)注。在不斷完善電沉積納米多層膜的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了 Cu/N1、Co/Cu, Co/Pt等性能較好的納米多層膜產(chǎn)品及工藝，但多做為磁性能的研究，在鍍層耐蝕性能方面的研究鮮見報道。
[0004]鋅鎳合金鍍作為鋼鐵的防護性鍍層，得到了廣泛應(yīng)用。為了滿足對零部件或材料性能更高要求，國內(nèi)外都加大了對 Zn-Fe、Zn-N1、Sn-Zn、Zn-Co、Zn-Mn、Zn-Cr、Zn-T1、Zn-Co-Cr, Zn-Co-Fe, Zn-N1-P, Zn-Fe-P等鋅基合金鍍的研究與應(yīng)用，其中鋅鎳合金多層膜因具有很好的耐蝕性，因此被眾多機構(gòu)進行研究。
[0005]CN200910094370.5公開了一種在鋼鐵零部件表面鍍覆鋅鎳合金納米多層膜鍍層的方法，屬鋼鐵零部件及金屬材料表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】。電鍍是以Ni及Zn的鹽為主鹽，控制N1、Zn鹽含量及pH值、電流密度，獲得鋅鎳合金納米多層膜鍍層。具有不需要鍍后處理工藝，節(jié)約成本，高效快捷，方便操作、工藝簡單、安全，鍍層硬度、耐蝕性、耐磨性、耐高溫性高，致密性、裝飾性、綜合性能好等優(yōu)點。
[0006]CN200910094366.9公開了一種表面鍍覆有鋅鎳合金納米多層膜，屬零部件及金屬材料表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】。鍍層由低鎳層和高鎳層交替疊加而成，其中低鎳層含鎳量為14%左右，高鎳層的含鎳量為78%左右，調(diào)制波長約為240nm的多層膜。具有較高的耐蝕性、硬度、致密性、耐磨性、耐高溫性、易焊性及漂亮的外觀等優(yōu)點。
[0007]CN201010152002.4涉及在鎂合金表面制備多層高耐蝕-耐磨復(fù)合防護層的方法，屬于金屬表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】。首先對鎂合金進行等離子陽極氧化形成在基體表面生長的多孔陶瓷層，然后對涂層進 行有機涂層封孔處理，再通過化學鍍形成鎳磷鍍層，最后電鍍形成高耐蝕-耐磨的鍍鎳層。通過在鎂合金表面制備的復(fù)合防護層包括陶瓷層、有機涂層和鍍鎳層實現(xiàn)鎂合金基體的高強防護和高耐磨。其克服了鎂合金單一的表面處理技術(shù)的缺陷，在鎂合金表面形成的多層復(fù)合涂層具有結(jié)合力好、高硬、耐蝕、耐磨的特點，是鎂合金應(yīng)用的理想防護涂層，滿足鎂合金制件在苛該環(huán)境中的防護要求。[0008]CN200910076252.1提供了一種電化學沉積組分調(diào)制鋅鎳合金與鎳組合的多層膜的方法，包括配制堿洗液、酸洗液和電鍍液；機械打磨，清洗鍍件；堿洗；酸洗和電鍍五個步驟，其中電鍍液包括電鍍Zn-Ni合金的堿性電鍍液和電鍍Ni的中性和堿性電鍍液，所述Ni的電鍍液主要由主鹽和絡(luò)合劑組成，所述主鹽為NiS04和NiC12中的一種或兩種；所述的絡(luò)合劑為由檸檬酸銨、檸檬酸鈉、檸檬酸、氨水、焦磷酸鈉、焦磷酸鉀、和三乙醇胺中的兩種或兩種以上的物質(zhì)組成。經(jīng)該方法電鍍得到的Zn-Ni/Ni或Ni/Zn-Ni多層膜具有平整的鍍層表面，較好的耐蝕性、較高的電流效率和鍍層結(jié)合力。
[0009]但是上述方法所提供的鋅鎳鍍層在結(jié)合力和耐蝕性等方面在某些實際應(yīng)用的不能滿足需求，需要性能更好地鍍層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種鋼鐵零部件表面鎳含量階段性增加的鋅鎳合金鍍層的脈沖電鍍制備方法，所述方法為不需要鈍化處理就可獲得高耐蝕性、耐磨性鍍層，工藝簡單、安全的鋼鐵零部件鋅鎳合金納米膜表面電鍍方法，利用該方法既可獲得較高硬度、耐蝕性、耐磨性、耐高溫氧化性能，又可獲得高致密性、裝飾性(外觀)、綜合性能優(yōu)良的鋅鎳合金納米膜鍍層。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容為:該表面鍍覆有鍍層的鋼鐵零部件，其鍍層為鋅鎳合金納米膜鍍層，從靠近基體一側(cè)起直到表面，鍍層中的鎳含量階段性增加，其中鋅鎳合金納米膜表面的鎳含量為13%附近。鎳含量的階段性增加提供了極好的結(jié)合力，而表層13%含量的鋅鎳合金則具有極好的耐蝕力，并且所形成的整體由于鎳含量的連續(xù)變化還提供了高硬度、耐蝕性、耐磨性、耐高溫氧化性能和高致密性、裝飾性(外觀)，獲得了綜合性能優(yōu)良的鋅鎳合金納米膜鍍層。
[0012]該鋼鐵零部件表面電鍍方法，包括在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經(jīng)水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并在對電鍍液攪拌或靜置下進行電鍍的步驟，還包括在進行電解之后從電鍍液中取出所述零部件進行水洗、烘干的步驟；所述電鍍液包含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導(dǎo)電鹽的NH4Cl、作為緩沖劑的H3BO3,電鍍液組成為=NiCl2.6H20 100 ~180g/L、ZnCl220 ~80g/L、NH4Cl 180 ~220g/L、H3B0320 ~40g/L、添加劑0.5~5g/L ;添加劑為平平加、糖精、十二烷基硫酸鈉等中的一種或幾種的任意組合。鍍液的PH值為:1~5，電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數(shù)為:電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數(shù)為:電流密度階段性減小，每隔2min降低lA/dm2，從開始的8-9A/dm2階段性減小到l-2A/dm2 ;頻率階段性減小，每隔2min降低200Hz，從開始的1500-2000HZ階段性減小到400-500HZ ;占空比階段性減小，每隔1min降低0.05，從開始的0.5-0.6階段性減小到0.05-0.1，溫度為室溫。溫度為室溫。
[0013]該電鍍用電解液包含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導(dǎo)電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的 H3BO3，其組成為=NiCl2.6H20 100 ~180g/L、ZnCl220 ~80g/L、NH4Cl 180 ~220g/L、H3B0320~40g/L、添加劑0.5~5g/L。添加劑為平平加、糖精、十二烷基硫酸鈉等中的一種或幾種的任意組合。
[0014]本發(fā)明采用鎳含量階段性增加 的鋅鎳合金納米膜鍍層，從而使鍍層的硬度、耐磨性、大幅提高；而且由于電鍍鍍液中Ni2+的數(shù)量大，使鍍層中Ni含量較大，使鍍層外觀光亮，具有的良好的致密性與裝飾性(外觀)的優(yōu)點。在酸性介質(zhì)中，鍍層與介質(zhì)的反應(yīng)主要是鋅、鎳與H+的反應(yīng)，鍍層的耐蝕性主要取決于基質(zhì)金屬鎳與H+反應(yīng)的快慢程度，而鎳在酸中的活性比鋅差，所以鍍層中較高的Ni含量使其對酸的耐蝕性提高。多層合金鍍層交替存在，減緩了了鍍層的腐蝕速度，又可以阻礙空氣中的O2向鍍層中滲透，從而較大幅度地減緩了 Zn (OH) 2、Ni (OH) 2和Fe (OH)3的生成，使鍍層耐蝕性大大提高。由于鍍層中較高的Ni含量的作用，使鍍層不需要鈍化處理就可以達到較高的耐蝕性，大大減化了生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，減少了環(huán)境污染，提高了生產(chǎn)安全性。
[0015]因此，該表面鍍覆有鋅鎳合金納米多層膜具有硬度、耐蝕性、耐磨性、耐高溫氧化性、致密性及綜合性能高的優(yōu)點。此外，所使用的電鍍工藝及電解液具有不需要鍍后處理工藝，節(jié)約成本，高效快捷，方便操作的優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0016]為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。
[0017]在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經(jīng)水洗后放入電鍍槽電鍍液中、電鍍在電鍍液攪拌或靜置下進行，在進行電解之后從電鍍液中取出所述零部件進行水洗、烘干。采用的電鍍液含有作為主鹽的Ni鹽及Zn的鹽、作為導(dǎo)電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的H3BO3，如電鍍液組成為:NiCl2 *6H20 100~180g/L、ZnCl220~80g/UNH4Cl 180~220g/L、H3B0320~40g/L、添加劑0.5~5g/L ;添加劑為平平加、糖精、十二烷基硫酸鈉等中的一種或幾種的任意組合。鍍液的pH值為3~5，電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數(shù)為:電流密度階段性減小，每隔2min降低lA/dm2，從開始的8_9A/dm2階段性減小到l_2A/dm2 ;頻率階段性減小，每隔2min降低200Hz，從開始的1500-2000Hz階段性減小到400-500HZ ；占空比階段性減小，每隔Imin降低0.05,從開始的0.5-0.6階段性減小到0.05-0.1，溫度為室溫。
[0018]實施例1:表面鍍覆 有鋅鎳合金納米膜的鋼板
[0019]具體步驟為:將鋼板在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經(jīng)水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并對電解液攪拌或靜置，在進行電解之后從電解液中取出零部件進行水洗，烘干。鍍液的PH值為3.5，施鍍的供電方式為脈沖供電、時間為25分鐘。
[0020]電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數(shù)為:電流密度階段性減小，每隔2min降低lA/dm2，從開始的8A/dm2階段性減小到lA/dm2 ;頻率階段性減小，每隔2min降低200Hz，從開始的1500Hz階段性減小到400Hz ;占空比階段性減小，每隔Imin降低0.05，從開始的0.5階段性減小到0.05。溫度為室溫。電解液含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導(dǎo)電鹽的 NH4C1、作為緩沖劑的 H3BO3，其具體組成為:NiCl3*6H20 140g/L、ZnCl250g/L、NH4Cl 220g/L、H3B0330g/L、平平加 0.3g/L、糖精 0.015g/L、十二烷基硫酸鈉 0.03g/L。
[0021]實施例2:表面鍍覆有鋅鎳合金納米膜的螺帽
[0022]該螺帽的表面電鍍方法，包括螺帽在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經(jīng)水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并對電解液攪拌或靜置，在進行電解之后從電解液中取出零部件進行水洗，烘干。鍍液的pH值為3.5，施鍍的供電方式為脈沖供電、時間為20分鐘。
[0023]電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數(shù)為:電流密度階段性減小，每隔2min降低lA/dm2，從開始的8A/dm2階段性減小到2A/dm2 ;頻率階段性減小，每隔2min降低200Hz，從開始的1500Hz階段性減小到500Hz ;占空比階段性減小，每隔Imin降低0.05，從開始的
0.5階段性減小到0.1。溫度為室溫。
[0024]電解液含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導(dǎo)電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的H3BO3,其具體組成為=NiCl2.6H20 140g/L、ZnCl250g/L、NH4Cl 220g/L、H3B0330g/L、平平加 0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸鈉0.03g/L。
[0025]實施例3:表面鍍覆有鋅鎳合金納米多層膜的泵室內(nèi)襯。
[0026]該泵室內(nèi)襯的表面電鍍方法，包括泵室內(nèi)襯在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經(jīng)水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并對電解液攪拌或靜置，在進行電解之后從電解液中取出零部件進行水洗，烘干。鍍液的PH值為3.5，施鍍的供電方式為脈沖供電、時間為30分鐘。
[0027]電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數(shù)為:電流密度階段性減小，每隔2min降低lA/dm2，從開始的9A/dm2階段性減小到2A/dm2 ;頻率階段性減小，每隔2min降低200Hz，從開始的2000Hz階段性減小到500Hz ;占空比階段性減小，每隔Imin降低0.05，從開始的
0.6階段性減小到0.1。溫度為室溫。
[0028]電解液含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導(dǎo)電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的H3BO3,其具體組成為=NiCl2.6H20 1`40g/L、ZnCl250g/L、NH4Cl 220g/L、H3B0330g/L、平平加 0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸鈉0.03g/L。
[0029]實施例四:表面鍍覆有鋅鎳合金納米膜的不銹鋼管。
[0030]該不銹鋼管的表面電鍍方法，包括泵室內(nèi)襯在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經(jīng)水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并對電解液攪拌或靜置，在進行電解之后從電解液中取出零部件進行水洗，烘干。鍍液的PH值為3.5，施鍍的供電方式為脈沖供電、時間為30分鐘。
[0031]電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數(shù)為:電流密度階段性減小，每隔2min降低lA/dm2，從開始的9A/dm2階段性減小到lA/dm2 ;頻率階段性減小，每隔2min降低200Hz，從開始的2000Hz階段性減小到400Hz ;占空比階段性減小，每隔Imin降低0.05，從開始的
0.6階段性減小到0.05。溫度為室溫。
[0032]電解液含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導(dǎo)電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的H3BO3,其具體組成為=NiCl2.6H20 140g/L、ZnCl250g/L、NH4Cl 220g/L、H3B0330g/L、平平加 0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸鈉0.03g/L。
[0033]本發(fā)明鋅鎳合金納米多層膜鍍層與ZruZn-Ni鍍層在5% NaCl溶液中耐蝕性的比較結(jié)果(等厚度):
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種鋼鐵零部件表面鎳含量階段性增加的鋅鎳合金鍍層的脈沖電鍍制備方法，其特征在于鍍液的組成為:包含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導(dǎo)電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的H3BO3和添加劑；電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數(shù)為:電流密度階段性減小，每隔2min降低lA/dm2,從開始的8_9A/dm2階段性減小到l_2A/dm2 ;頻率階段性減小，每隔2min降低200Hz，從開始的1500_2000Hz階段性減小到400_500Hz ;占空比階段性減小，每隔Imin降低0.05，從開始的0.5-0.6階段性減小到0.05-0.1，溫度為室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的Ni及Zn的鹽為NiCl2·6H20 100~1801g/L、ZnCl225~80g/L ;所述的導(dǎo)電鹽的NH4Cl為180~220g/L、緩沖劑H3BO3為20~40g/L、所述的添加劑為0.5~5g/L，鍍液的pH值為3~5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鍍液中所述添加劑為平平加、糖精、十二烷基硫酸鈉等中的一種或幾種的任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經(jīng)水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并在對電鍍液攪拌或靜置下進行電鍍的步驟，還包括在進行電解之后從電鍍液中取出所述零部件進行水洗、烘干的步驟。
【文檔編號】C25D3/56GK103806051SQ201210451108
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】劉茂見 申請人:無錫三洲冷軋硅鋼有限公司