專利名稱：制造電鍍鐵鋁材的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及新穎的，生產(chǎn)電鍍鐵的鋁或鋁合金材料的方法，用此法，在，比如板狀的鋁或鋁合金的表面的選定部位或其全部表面被牢固地電鍍上鐵或鐵合金。
按本發(fā)明制得的材料可廣泛地應用于多種產(chǎn)業(yè)，這包括汽車工業(yè)和電器設備工業(yè)。比如，在汽車工業(yè)中一直有這樣的現(xiàn)象為使汽車減輕，盡管由于鋁或鋁合金本身難以成為汽車的結(jié)構(gòu)材料，但仍盡可能地采用鋁和鋁合金。
有鑒于此，表面電鍍了鐵的鋁或鋁合金就引起了我們的注意，這是因為它們具有有益的特性，如良好的點焊性能，所以它們可成為汽車的結(jié)構(gòu)材料。
但，用常規(guī)方法電鍍在鋁或鋁合金表面上的鐵層有時會剝落。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種制造電鍍鐵的鋁或鋁合金材料的方法，所述材料上所鍍的鐵層是幾乎不會從鋁或鋁合金基材上剝落下來的，或幾乎不會開裂或龜裂的。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制造電鍍鐵的鋁或鋁合金材料的方法，所述材料上電鍍鐵層能很好地抵御摩擦及其它的磨損。
從說明書及所附的權(quán)利要求中將會得知本發(fā)明的其它目的。
按本發(fā)明，在鋁或鋁合金表面上電鍍了鐵之后，使它們經(jīng)溫度為約450-650℃的熱處理，從而在鋁或鋁合金基體和其上的電鍍鐵層之間的界面區(qū)形成Al和Fe的相互擴散層。該相互擴散層增強了所鍍的鐵與鋁基體間的粘附，并且防止了鐵鍍層從鋁基體上剝落或開裂或龜裂。這就是本發(fā)明的特點。
已經(jīng)過上述熱處理的鋁或鋁合金材料必須冷卻。當以，比如，60℃/分的冷卻速度使該材料急冷時，在鐵鍍層的整個表面上均勻地形成細小的裂紋。這是本發(fā)明的另一特點。油漆與表面上有這種裂紋的鋁或鋁合金材料會很好地粘附。在方面會注意到的是常規(guī)的汽車鍍鋅板必需在其表面上覆有磷酸鋅的膜，以便油漆能很好地與其粘附。本發(fā)明的鋁或鋁合金材料無需為了涂漆而進行這類涂覆。
當這種經(jīng)過熱處理的材料逐漸冷卻，如以5-10℃/分的冷卻速度冷卻，而不是快速急冷時，該材料的表面上將不產(chǎn)生裂紋，結(jié)果導致該材料具有光滑的電鍍表面。這種也在本發(fā)明范圍中的材料可作為重量輕的磁屏蔽材料等用于電器工業(yè)中。
按本發(fā)明制成的鋁材，由于其經(jīng)電鍍而有裂紋的表面能很好地留住機油，所以能被很好地潤滑。
本發(fā)明鍍的鐵和有細裂紋的鋁材表面還可涂熱塑性樹脂，如PTFE及尼隆，以便可使其具有優(yōu)良的耐磨性。當將這種表面浸于熔融的熱塑性樹脂中時，部分樹脂浸入這種表面裂紋中，然后在室溫下固化。由于這些已浸入表面裂紋中并在其中固化的樹脂形成了在整個表面上固化的其它部分樹脂的根，所以涂在該材料上的樹脂會作為一個整體與其牢固地粘合。當涂有熱塑性樹脂的本發(fā)明的電鍍鐵鋁材承受，比如，滑動摩擦時，該樹脂則因摩擦熱而變?yōu)橐簯B(tài)，于是就成了潤滑劑。
本發(fā)明鋁材的電鍍了鐵及有裂紋的表面還可覆以熱固性樹脂，該樹脂是已溶于有機溶劑，并與細度與表面裂紋的寬度相當，或比其小的起潤滑作用的固體顆?；旌系摹＜訜岽藰渲繉?，從而使溶劑蒸發(fā)及使該熱固性樹脂固化，以便借助于固化了的樹脂將起潤滑作用的顆粒固定于該鍍過的表面及其裂紋中。尤其是，那些已粘附于裂紋上的樹脂和起潤滑作用的顆粒起到了樹脂涂層的“根”的作用，這種情況與上述的熱塑性涂層的情況相類似。
準備按本發(fā)明電鍍在鋁或鋁合金上的鐵可以是鐵合金，尤其是這樣的鐵合金即含Cr 2-20％(重量)且硬度為800-1200HV的鋼。當將這種鋼電鍍于鋁或鋁合金上時，則在鍍過的表面上不可避免地產(chǎn)生裂紋。若想使此裂紋增大，則該鍍鐵的材料應在按本發(fā)明熱處理后迅速急冷，而若想保持裂紋不變，則應在為產(chǎn)生鋁基材和鍍層間的相互擴散層而進行的熱處理之后，使該鍍過的材料逐步冷卻。


圖1是展示結(jié)果的曲線，即，按本發(fā)明在下面的實施例3中得到的電鍍鐵鋁材及對比實驗的材料在滑動磨損試驗中，以各種摩擦速度測得的相對磨損體積。
實施例1在預處理(包括去油、酸性活化、堿化浸蝕、酸性活化，用鋅作第一次取代，浸于硝酸中，用鋅作第二次取代等，而在預處理時省去了水洗步驟)后，以下列的電鍍條件在2mm厚的鋁合金(JIS5052)軋制板的表面上電鍍1μm的鐵鍍液成份氯化鐵300g/l氯化鋁20g/l鍍液溫度50-55℃陰極電流密度6A/dm2陰極電流功率95-100％電鍍鐵膜的硬度為約399HV。
在將這樣鍍了鐵的鋁合金板水洗及干燥后，將其在570℃的溫度下，于N2氣的惰性氣氛中，在2巴的壓力下加熱5小時，然后在類似的氣氛中，以60℃/分的冷卻速度迅速急冷。
通過電子顯微鏡掃描，幾乎在全部鐵鍍層上都觀察到龜甲狀圖形的細小裂紋。
對同樣的鋁板進行同樣條件下的電鍍鐵，但以5℃/分的冷卻速度逐步冷卻。在鐵鍍層上未見到裂紋。
通過用光學顯微鏡及上述的EPMA觀察這樣得到的兩種電鍍鐵的鋁合金材料，結(jié)果證實，沿鋁合金基體及鐵鍍層間的邊界上已產(chǎn)生Al和Fe的相互擴散層。還看到的是，它們已相互緊密而牢固地粘附在一起。即使通過90°的彎曲試驗，它們也絕不開裂。
實施例2對2mm厚的鋁合金(JIS5052)軋制板進行類似于實施例1的預處理，然后以下述的條件在該板的外表面上電鍍厚10μm的，含約15％(重量)的Cr的鐵合金鍍液成份作為基本成份的由Atotech Japan Co生產(chǎn)的Cr(Ⅲ)加40g/l的硫酸鐵。
成份相當于三價鉻鍍液的Cr(Ⅲ)，它是由堿性硫酸鉻(鞣劑)120g/l甲酸鋁55g/l草酸鋁10g/l氯化鉀54g/l硼酸 40g/l組成的；槽溫 30℃陰極 由不可溶的碳制成電流密度第一個15分鐘15A/dm2，后面的18分鐘10A/dm2。
電鍍在該板上的Fe-Cr合金膜的硬度為約800HV。通過電子顯微鏡觀察到的是，在該膜上產(chǎn)生了龜甲狀圖形的細裂紋。
在水洗這樣電鍍了Fe-Cr合金的板材，并將其干燥后，將它們于570℃、N2氣的惰性氣氛中，在2巴的壓力下加熱5小時，接著在類似的氣氛中，以60℃/分的冷卻速度急冷。所看到的是，所鍍表面上的裂紋進一步發(fā)展。
另一方面，當以5℃/分的冷卻速度使該板材逐步冷卻時，該鍍過的表面上的裂紋未有變化。
用光學顯微鏡和EPMA觀察上述兩種經(jīng)鍍覆的鋁板的垂直剖面的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)沿Al基體和Fe鍍層的界面已產(chǎn)生相互擴散層，而且它們已緊密而牢固地相互粘合。當經(jīng)受90°彎曲試驗時，它們也不開裂或出現(xiàn)裂紋。
實施例3在加壓條件下，向已電鍍了Fe-Cr合金，而尚未熱處理的實施例2的鋁合金的表面裂紋灌注Nylonll，再用所述的熱塑性樹脂膜覆蓋涂此表面。
將經(jīng)這種灌注和涂了樹脂的板材作成靜態(tài)試樣，而索氏體組織(HQT)的S45C被作成轉(zhuǎn)動試樣。用這些靜態(tài)和轉(zhuǎn)動試樣使該板材經(jīng)受滑動摩損試驗，其中采用了針-環(huán)式磨損試驗機，而且它們的接觸壓力保持在0.49Mpa。
在圖1中，用“本發(fā)明材料”的曲線展示了這些結(jié)果。
為了進行比較，將實施例2中的相同的鋁板電鍍上鐵，用氣體滲透法使之氮化以使鐵鍍層變硬。在已氮化之后，以5℃/分的冷卻速度使此對比試樣板逐步冷卻。由于在該板在其鍍覆表面無裂紋，所以對其未作任何涂覆。
對比試驗板也經(jīng)受上述的滑動摩擦試驗，其結(jié)果在圖1中以“對比材料”的曲線示出。雖然對比材料的鍍覆表面比本發(fā)明材料的硬，但后者的相對磨損值較前者為小。
實施例4向已鍍過Fe-Cr合金，但尚未熱處理的實施例2的鋁合金板上的表面裂紋涂環(huán)氧樹脂，這是一種已被有機溶劑溶解的熱固性樹脂，它并與顆粒尺寸與裂紋寬度大致相等或更小的起潤滑作用的MoS2顆粒相混合，然后將該板材加熱到約150℃，以蒸發(fā)掉溶劑及使樹脂固化。
含有沉入裂紋并在其中固化的起潤滑作用的固體顆粒的樹脂成為這樣的根它們本身與樹脂涂層相連，并起到防止該涂層從鍍過的表面脫落的作用。
在這個實施例中所得的鋁材顯示了良好的，可與實施例3中的本發(fā)明的材料相比美的耐磨性。
權(quán)利要求
1．生產(chǎn)電鍍了鐵或鐵合金的鋁或鋁合金材料的方法，它包括對該材料電鍍鐵或鐵合金；然后熱處理該材料，以便在其表面與電鍍在該表面上的鐵或鐵合金間的界面處產(chǎn)生相互擴散層；及接著使該材料冷卻。
2．權(quán)利要求1的方法，其中該材料電鍍了鐵，而且熱處理后的材料冷卻使鍍鐵表面細小地開裂。
3．權(quán)利要求1的方法，其中該材料電鍍了鐵，而且熱處理后的材料冷卻不使鍍鐵表面開裂。
4．權(quán)利要求1的方法，其中該材料電鍍了含2-20％(重量)鉻的鐵合金，從而在材料的電鍍表面上產(chǎn)生細裂紋，而且熱處理后材料的冷卻使裂紋生長。
5．權(quán)利要求1的方法，其中該材料電鍍了含2-20％(重量)鉻的鐵合金，從而在材料的電鍍表面上形成細裂紋，而且熱處理后的材料冷卻使裂紋保持不變。
6．權(quán)利要求1的方法，其中該材料電鍍了含2-20％(重量)鉻的鐵合金，從而在材料的電鍍表面上產(chǎn)生細裂紋，但未作熱處理及冷卻，而涂了熱塑性樹脂以灌注該裂紋及用其涂覆該電鍍表面，或通過涂混有起潤滑作用的固體顆粒的熱固性樹脂以灌注裂紋，及用其涂覆該電鍍表面。
7．其表面上電鍍了鐵或鐵合金，在該表面與電鍍于該表面上的鐵或鐵合金間的邊界處具有相互擴散層的鋁或鋁合金材料。
8．權(quán)利要求7的材料，其中該材料已電鍍了鐵，而且電鍍在該表面上的鐵具有裂紋。
9．權(quán)利要求7的材料，其中該材料已電鍍了鐵，而在該表面上電鍍的鐵沒有裂紋。
10．權(quán)利要求7的材料，其中該材料已電鍍了含2-20％(重量)鉻的鐵合金，而且在電鍍于該表面上的鐵合金中有細裂紋。
11．權(quán)利要求7的材料，其中該材料已電鍍了含2-20％(重量)鉻的鐵合金，而不帶有相互擴散層，而且電鍍在該表面上的鐵合金中有細裂紋，該表面已涂了熱塑性樹脂，該樹脂覆蓋了表面并灌注了裂紋；或涂了混有起潤滑作用的固體顆粒的熱固性樹脂，該樹脂覆蓋了表面并灌注了裂紋。
全文摘要
生產(chǎn)鋁材的方法,該鋁材的鋁或鋁合金基體上電鍍了鐵或含2—20%(重量)鉻的鐵合金,而且該鋁材可在各種工業(yè)領域中被用作結(jié)構(gòu)或功能材料。該材料的特征在于:在基體和鍍層間具有相互擴散層和/或具有產(chǎn)生于該鍍層中的細裂紋,該裂紋可很好地容納機油,便于使其上漆,該裂紋中灌注樹脂以改善其耐磨性等。
文檔編號C25D3/56GK1210907SQ9810332
公開日1999年3月17日 申請日期1998年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月4日
發(fā)明者及川涉, 竹內(nèi)榮一 申請人:日本普萊泰克株式會社