一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法
2024-02-16 20:58:15
專利名稱：一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法
技術領域：
本發明屬於電鍍技術領域，具體涉及一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法。
背景技術：
電鍍鋅鎳合金具有許多優良的特性，如優異的耐蝕性、熱穩定性和低氫脆性等。與鍍鋅 層、鍍鎘層相比，可提高耐蝕性3倍以上，其熱穩定性、硬度和耐磨性有明顯提高，其氫脆 性又可大大降低。目前應用的電鍍鋅鎳合金的鍍液可以分為酸性體系和鹼性體系。酸性體系 採用酸性鍍液，宇波等在《航空高強鋼低氫脆電鍍鋅-鎳合金工藝研究》 一文中指出酸性鍍液 成分簡單，陰極效率高，鍍液穩定，易操作，伹其鍍層不均勻，並且合金鍍層的組成隨電流 密度的變化較大，使得鍍層的耐蝕性下降。而鹼性體系採用鹼性鍍液，吳以南在《電鍍鋅合 金的發展〉〉 一文中對鹼性鍍液進行了分析。鹼性鍍液的分散能力好，在寬闊的電流密度範圍 內鍍層合金成分比例均勻，鍍層厚度均勻，對設備和工件的腐蝕性小，工藝操作容易，工藝 穩定，成本較低。國內外對鋅鎳合金電鍍工藝進行了大量的研究，但大多屬於酸性鋅鎳合金 電鍍工藝，而在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的工藝數量較少，工藝還不成熟，存在著鍍層鎳含 量較低(7~9%)，鍍層相結構不是單一的Y相(單一 Y相的鋅鎳合金的耐蝕性能好)，陰極 電流效率較低等(50-70%)問題。發明 內容本發明的目的是提供一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，採用鹼性鍍液，經過配製 洗液、機械打磨、清洗和電鍍等工藝處理過程，獲得了具有良好的耐蝕性能和電流效率的鋅 鎳合金鍍層，而且鍍層中合金成分和鍍層厚度均勻。本發明所述的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法包括五個步驟第一步，配製鹼洗液、酸洗液和電鍍液。鹼洗液是含有NaOH、 Na3P04 . 12H20、 Na2C03 10H2O、 Na2Si03 nH20的水溶 液，其中優選地，每升鹼洗液中含有NaOH 60 80g， Na3P04 12H20 20 40g， Na2C03 . 10H2O 20 40g， Na2Si。3 nH20 20~40g，其餘為水。酸洗液釆用HC1溶液，並且優選地，每升酸洗液中含有HCl為4 8mL。 鹼性鋅鎳合金電鍍液為含有ZnO、 NiS04、 NaOH、絡合劑、添加劑和光亮劑的水溶液， 優選地，在每升鍍液中含有ZnO 10~30g， NiS04 5 13g， NaOH 100~140g，此外還 含有適量絡合劑、添加劑以及光亮劑和水。所述的絡合劑可以是檸檬酸胺、三乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、酒石酸鉀鈉、EDTA和氨水中的兩種或兩種以上的物質。優選地，在鍍液中所需要添加的絡合劑組 分的含量為(每升鍍液中含有)檸檬酸胺5 40g、或者三乙醇胺38 80mL、或者乙二胺 25 40mL、或者二乙烯三胺3 20mL、或者四乙烯五胺3mL以上、或者酒石酸鉀鈉15 25g、或者EDTA8 15g、或者氨水10 20mL中的兩種或者兩種以上。所述的添加劑是植酸或者植酸鈉或者CTAB中的任意一種與環氧氯丙烷與胺類的反應 產物。優選地，在鍍液中所需要添加的添加劑組分在含量為(每升鍍液中含有)植酸0.05 15mL、或者植酸鈉0.1 5g、或者CTAB 0.1~5g、環氧氯丙烷與胺類的反應產物1.5 15mL。所述的光亮劑由ZB、香蘭素、硫脲、糖精中的一種或多種組合而成。優選地，每升鍍 液中需要添加的光亮劑含量為(每升鍍液中含有)ZBl 10mL、或者香蘭素0.2 2g、或 者硫脲1 2g、或者糖精l~5g中的一種或多種。所述環氧氯丙烷與胺類的反應產物為DE。 第二步，機械打磨，清洗鍍件。將鍍件依次在100#， 200#， 400#， 600#， 800#， 1000#氧化鋁砂紙上進行機械打磨， 然後用有機溶劑或水基清洗劑進行清洗。所述的有機溶劑或水基清洗劑用於除去基體表面的 油汙，有機溶劑可以選取三氯乙烷，汽油，丙酮，乙醇，三氯乙烯，四氯化碳中任意的一種， 並採用超聲波清洗基體表面10 min以上。第三步，鹼洗。將第二步清洗後的鍍件浸入第一步配製的鹼洗液進行鹼洗，鹼洗的溫度為70~90°C, 時間10 20min後將鍍件依次經由流動熱水洗、流動冷水洗； 第四步，酸洗。將經第三步鹼洗後的鍍件進行酸洗，酸洗液溫度15 3(TC，清洗時間0.5 1.0min， 取出後經過流動冷水洗。 第五步，電鍍。將經第四步酸洗後的鍍件浸入在第一步中配製好的鹼性鋅鎳合金電鍍液中進行電鍍，電 流密度l~6A/dm2，溫度10~35°C，根據所需要的鍍層厚度，對鍍液成分和工藝進行調 節，在相同的鍍液成分及工藝條件下，鍍層越厚所需要的電鍍時間越長。例如，電鍍20min 後鍍層厚度可以達到6 //m， 10min後鍍層厚度小於3.5 //m 。對電鍍後得到的鋅鎳合金鍍層進行形貌和性能分析表明，合金鍍層表面平整光亮，鎳含 量在10%~15%，鍍層為單一Y相；陰極的電流效率高，達到80 90%;鍍層具有很好的 耐蝕性能，中性鹽霧試驗中未鈍化的鋅鎳鍍層在1500h以後出現紅鏽。本發明優點在於(1) 採用鹼性鋅鎳合金電鍍工藝，解決了酸性工藝中隨電流密度變化鍍層中合金成分變化較大的問題；(2) 鍍層平整光亮，鎳含量在10%~15%，鍍層為單一Y相；(3) 與一般鹼性鍍液相比，陰極的電流效率高，達到80 90%;(4) 鍍層的耐蝕性好，中性鹽霧試驗中未鈍化的鋅鎳鍍層在1500h以後出現紅鏽；(5) 電鍍工藝操作簡單，鍍液成本低，性能穩定。
圖1是採用本發明方法製備得到的鋅鎳合金鍍層在500倍下微觀形貌的金相照片； 圖2是採用本發明方法製備得到的鋅鎳合金鍍層的EDX圖； 圖3是採用本發明方法製備得到的鋅鎳合金鍍層的XRD圖； 圖4是電流密度變化對鋅鎳合金鍍層鎳含量的影響。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法進行詳細說明。本發明提供一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，具體包括如下步驟 第一步，配製鹼洗液、酸洗液和電鍍液。鹼洗液是含有NaOH、 Na3P04 12H20、 Na2C03 10H2O、 Na2Si03 nH20的水溶 液，其中每升鹼洗液中含有NaOH 60 80g， Na3P04 12H20 20~40g， Na2C03 10H2O 20~40g， NaaSiOg . nH20 20~40g，其餘為水。酸洗液釆用HC1溶液，並且每升酸洗液中含有HC1為4 8mL。鹼性鋅鎳合金電鍍液為含有ZnO、 NiSO,、 NaOH、絡合劑、添加劑和光亮劑的水溶液， 在每升鍍液中含有ZnO 10 30g， NiS04 5 13g， NaOH 100 140g，此外還含有適量 絡合劑、添加劑以及光亮劑和水。所述的絡合劑由檸檬酸胺、三乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、酒石酸鉀鈉、 EDTA和氨水中的兩種或兩種以上的物質組成。在鍍液中所需要添加的絡合劑組分的含量為 (每升鍍液中含有)檸檬酸胺5 40g、或者三乙醇胺38~80mL、或者乙二胺25 40mL、 或者二乙烯三胺3 20mL、或者四乙烯五胺3mL以上、或者酒石酸鉀鈉15 25g、或者 EDTA 8 15g、或者氨水10~20mL中的兩種或者兩種以上。所述的添加劑為植酸或者植酸鈉或者CTAB中的任意一種與DE的混合物。在鍍液中 所需要添加的添加劑組分在含量為(每升鍍液中含有)植酸0.05 15mL、或者植酸鈉0.1 ~ 5g、或者CTAB 0.1 5g與DE 1.5~15mL。所述的光亮劑為ZB、香蘭素、硫脲、糖精三種物質中的一種或多種。每升鍍液中需要添加的光亮劑含量為(每升鍍液中含有)ZB 1 10mL或者香蘭素0.2 2g或者硫脲1 2g或者糖精1 5g中的一種或多種。 第二步，機械打磨，清洗鍍件。將鍍件依次在100#， 200#， 400#, 600#， 800#， 1000#氧化鋁砂紙上進行機械打磨， 然後用有機溶劑或水基清洗劑進行清洗。所述的有機溶劑或水基清洗劑用於除去基體表面的 油汙，有機溶劑可以選取三氯乙垸，汽油，丙酮，乙醇，三氯乙烯，四氯化碳中任意的一種， 並採用超聲波清洗基體表面10 min以上。第三步，鹼洗。將第二步清洗後的鍍件浸入第一步配製的鹼洗液進行鹼洗，鹼洗的溫度為70 90°C， 時間10 20min後將鍍件依次經由流動熱水洗、流動冷水洗； 第四步，酸洗。將經第三步鹼洗後的鍍件進行酸洗，酸洗液溫度15 30。C，清洗時間0.5 1.0min， 取出後經過流動冷水洗。 第五步，電鍍。將經第四步酸洗後的鍍件浸入在第一步中配製好的鹼性鋅鎳合金電鍍液中進行電鍍，電 流密度l~6A/dm2，溫度10 35°C，在其它工藝條件不變的條件下，電鍍時間越長，鍍 層厚度越厚。對電鍍後得到的鋅鎳合金鍍層進行形貌和性能分析表明，合金鍍層表面平整光亮，鎳含 量在10% 15%，鍍層為單一Y相；陰極的電流效率高，達到80 90%;鍍層具有很好的 耐蝕性能，中性鹽霧試驗中未鈍化的鋅鎳鍍層在1500h以後出現紅鏽。中性鹽霧試驗採用5。/。的氯化鈉鹽水溶液，溶液PH值調在中性範圍(6~7)作為噴霧 用的溶液，試驗溫度均取35。C，要求鹽霧的沉降率在1 2mL之間。 實施例 一 在30CrMnSiA鋼基體上電鍍鋅鎳合金鍍層。第一步，配製鹼洗液、酸洗液和電鍍液。每升鹼洗液中含有NaOH 70g， Na3P04 12H20 30g， Na2C03 10H2O 30g， Na2Si03 . nH20 30g。其餘為水。 每升酸洗液中含有HC1 6mL。每升鹼性鋅鎳合金電鍍液含有ZnO 10g， NiS04 5g， NaOH 120g，絡合劑四乙烯五 胺3mL，三乙醇胺38mL，氨水10mL，添加劑DE1.5mL， CTAB2g，光亮劑ZB3mL， 香蘭素0.2g，其餘為水。第二步，機械打磨，清洗鍍件。用氧化鋁砂紙打磨鍍件基體至1000#砂紙，選用有機溶液乙醇進行超聲波清洗基體表面lOmin，除去基體表面的油汙。 第三步，鹼洗。將第二步清洗後的鍍件浸入鹼洗液進行鹼洗，鹼洗的溫度為8(TC,時間15min後將鍍 件依次經由流動熱水洗、流動冷水洗。 第四步，酸洗。將鹼洗後的鍍件浸入酸洗液進行酸洗，酸洗液溫度2CTC，清洗時間0.5min，取出後經 過流動冷水洗。 第五步，電鍍。將酸洗後的鍍件浸入第一步中配製好的鹼性鋅鎳合金電鍍液中進行電鍍，在鬼流密度取 1， 2， 3， 4， 5， 6A/dii^時分別進行電鍍，每一個電流密度值進行三次電鍍並分別測定鍍 層中鎳含量，取鎳含量的平均值來分析鎳含量與電流密度之間的關係。鍍液溫度10°C，電 鍍時間為20min。在2 A/dmS電流條件下對鍍層進行形貌和性能分析，從圖l所示的金相照片中可見到， 合金鍍層具有光滑緻密的表面形貌。對鋅鎳合金鍍層進行能譜和相成分分析，可以知道，鍍層主要由鋅和鎳兩種元素組成， 除此之外，還含有少量的氧與基體鐵元素，如圖2所示。鍍層能譜顯示結果為0-0.24%; Fe—2.98%; Ni—12.88%; Zn-83.90%。 XRD相成分分析結果表明鍍層中只存在Y-相， 鍍層成分單一，如圖3。通過在不同的電流密度下進行電鍍，可以得出電流密度變化對鋅鎳 合金鍍層中鎳含量的影響曲線，如圖4所示，可以看出電流密度在1 6A/dri^的範圍內變 化時，鍍層中鎳含量變化平緩。另外，採用重量法結合成分測定計算得出，在2 A/drr^條件下，鍍層的電流效率為 88.3%。鍍層的耐蝕性經中性鹽霧試驗可知，未鈍化的鋅鎳合金鍍層出紅鏽的時間為1500h; 經劃痕試驗可知，鍍層的結合力良好。 實施例二 在不鏽鋼基體上電鍍鋅鎳合金鍍層。第一步，配製鹼洗液、酸洗液和電鍍液。鹼洗液和酸洗液的配製同實施例一 。電鍍液為ZnO、 NiS04、 NaOH、檸檬酸胺、四乙烯五胺、三乙醇胺、EDTA、植酸、 DE、硫脲組成的水溶液，並且每升鹼性鋅鎳合金電鍍液中含有ZnO 20g， NiS04 10 g， NaOH100g，絡合劑檸檬酸胺15g，四乙烯五胺20mL，三乙醇胺40mL， EDTA15 g， 添加劑植酸0.15mL， DE9mL，光亮劑硫脲lg，其餘為水。第二步，機械打磨，清洗鍍件。用砂紙打磨鍍件表面至1000#，選用有機溶液丙酮進行超聲波清洗基體表面10 min。第三步，鹼洗。將第二步清洗後的鍍件浸入鹼洗液進行鹼洗，鹼洗的溫度為7(TC，時間20min後將鍍 件依次經由流動熱水洗、流動冷水洗。 第四步，酸洗。將鹼洗後的鍍件浸入酸洗液進行酸洗，酸洗液溫度15°C，清洗時間lmin，取出後經過 流動冷水洗。第五步，電鍍。將酸洗後的鍍件浸入第一步中配製好的鹼性鋅鎳合金電鍍液中進行電鍍，電流密度取 2A/dm2，鍍液溫度2CTC，電鍍時間為20min。採用本發明的電鍍方法製備得到的鹼性鋅鎳合金鍍層在500倍金相顯微鏡下觀察鍍層光 滑平整；EDX檢測出鍍層中Ni的含量為14.45%;從測得的XRD圖可以看出鍍層只存在 單一的Y-相；釆用重量法結合成分測定計算出在2 A/dr^條件下的電流效率為85.3。/。；鍍 層的耐蝕性經鹽霧試驗可知，未鈍化的鋅鎳合金鍍層出紅鏽的時間為1500h;經劃痕試驗可 知，鍍層的結合力良好。實施例三在銅基體上電鍍鋅鎳合金鍍層。 第一步，配製鹼洗液、酸洗液和電鍍液。 配製鹼洗液、酸洗液同實施例一。鹼性鋅鎳合金電鍍液是ZnO、 NiS04 、 NaOH、酒石酸鉀鈉、四乙烯五胺、三乙醇胺、 植酸鈉、DE、糖精組成的水溶液，並且在每升鹼性電鍍鋅鎳合金鍍液中含有ZnO 30g， NiS04 13g， NaOH140g，絡合劑酒石酸鉀鈉20g，四乙烯五胺20mL，三乙醇胺80mL，添加劑 植酸鈉0.15g和DE 15mL，光亮劑糖精lg，其餘為水。第二步，機械打磨，清洗鍍件。用氧化鋁砂紙打磨鍍件基體至1000#，選用有機溶液丙酮進行超聲波清洗基體表面15 min，除去基體表面的油汙。 第三步，鹼洗。將第二步清洗後的鍍件浸入鹼洗液進行鹼洗，鹼洗的溫度為9(TC，時間10min後將鍍 件依次經由流動熱水洗、流動冷水洗。 第四步，酸洗。將鹼洗後的鍍件浸入酸洗液進行酸洗，酸洗液溫度3CTC，清洗時間O.lmin，取出後經 過流動冷水洗。第五步，電鍍。將酸洗後的鍍件浸入第一步中配製好的鹼性鋅鎳合金電鍍液中進行電鍍，電流密度取2A/dm2，鍍液溫度35。C，電鍍時間為20min。採用本發明方法製備得到的鋅鎳合金鍍層在500倍金相顯微鏡下觀察鍍層光滑平整；經 EDX檢觀K，其中Ni的含量為14.76%;從測得的XRD圖中得出鍍層中只存在單一相y-相； 採用重量法結合成分測定計算出在2 A/dmS條件下的電流效率為87.1%;鍍層的耐蝕性經 鹽霧試驗可知，未鈍化的鋅鎳合金鍍層出紅鏽的時間為1500h;經劃痕試驗可知，鍍層的結 合力良好。
權利要求
1、一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，其特徵在於包括如下步驟進行電鍍步驟一、配製鹼洗液、酸洗液和電鍍液；所述的電鍍液含有ZnO、NiSO4、NaOH以及適量的絡合劑、添加劑、光亮劑；所述的絡合劑為兩種或兩種以上的檸檬酸胺、三乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、酒石酸鉀鈉、EDTA、氨水；所述的添加劑為植酸或者植酸鈉或者CTAB中的任意一種物質與環氧氯丙烷與胺類的反應產物；所述的光亮劑為ZB、香蘭素、硫脲、糖精中的一種或多種；步驟二、機械打磨，清洗鍍件；步驟三、鹼洗；步驟四、酸洗；步驟五、電鍍。
2、 根據權利要求l所述的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，其特徵在於步 驟一中的鹼洗液為含有NaOH、 Na3P04 12H20、 Na2C03 . 10H2O 、 Na2Si03.nH20的水溶液，並且每升鹼洗液中含有NaOH 60~80g， Na3P04 12H20 20~40g，Na2CO3 10H2O 20~40g, Na2Si03 nH20 20 40g，其餘為水；所述的酸洗液為HC1溶液，每升酸洗液中含有HC1 4 8mL。
3、 根據權利要求l所述的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，其特徵在於步 驟一中所述的電鍍液成分為每升鍍液中含有ZnO 10 30 g， NiS04 5 13 g, NaOH 100 ~140g，含有兩種或兩種以上的檸檬酸胺5~40 g、三乙醇胺38~ 80 mL、乙二胺25 40mL、 二乙烯三胺3 20mL、四乙烯五胺3mL以上、 酒石酸鉀鈉15 25g、 EDTA8 15g、氨7jclO 20mL，含有植酸0.05 15 mL或者植酸鈉0.1 5 g或者CTAB 0.1 5 g中的任意一種與環氧氯丙垸與胺 類的反應產物1.5~15mL，含有ZB l~10mL或香蘭素0.2 2 g或硫脲1 2 g或糖精1~5 g的一種或多種，其餘為水。
4、 根據權利要求l所述的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，其特徵在於環 氧氯丙垸與胺類的反應產物為DE。
5、 根據權利要求l所述的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，其特徵在於步驟二中所述的清洗鍍件選用有機溶劑或水基清洗劑，可以選取三氯乙烷，汽油， 丙酮，乙醇，三氯乙烯，四氯化碳中任意的一種。
6、 根據權利要求l所述的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，其特徵在於步 驟三所述鹼洗的溫度為70 90 。C，時間10min 20min,之後鍍件依次經由 流動熱水洗、流動冷水洗。
7、 根據權利要求l所述的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，其特徵在於步 驟四所述酸洗是將鹼洗後的鍍件浸入酸洗液，溫度15~30°C，時間0.5~ l.Omin，之後經過流動冷水洗。
8、 根據權利要求1所述的一種在鹼性鍍液中電鍍鋅鎳合金的方法，其特徵在於步 驟五所述電鍍是將酸洗後的鍍件浸入配製好的鹼性鋅鎳合金鍍液中進行電鍍，電 流密度1 6A/dm2，溫度10~35°C,根據所需要的鍍層厚度，對鍍液成分和 工藝進行調節，在相同的鍍液成分及工藝條件下，鍍層越厚所需要的電鍍時間越 長。
全文摘要
本發明公開了一種電鍍鹼性鋅鎳合金的方法，通過配備鹼洗液和酸洗液；配製電鍍鋅鎳合金鍍液；機械打磨，有機溶劑或水基清洗劑除油和鹼洗、酸洗、電鍍步驟，提供了一種性能穩定的電鍍液配方以及完整的電鍍工藝方法，經過試驗驗證，經本發明方法得到的鍍層具有很好的平整表面，以及均勻的鍍層和合金分布，鍍層為單一γ相，鎳含量在10％～15％；鍍層的耐蝕性好，中性鹽霧試驗中未鈍化的鋅鎳鍍層在1500h以後出現紅鏽；與一般的鹼性鍍液相比，電流效率高，達到80～90％。
文檔編號C25D3/56GK101240437SQ200810102328
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月20日 優先權日2008年3月20日
發明者美 於, 劉建華, 李松梅, 柳木桐, 陳珏伶 申請人:北京航空航天大學