複合鍍層以及複合鍍層的刷鍍方法
2023-10-10 10:57:04 2
專利名稱：複合鍍層以及複合鍍層的刷鍍方法
技術領域：
本發明涉及電刷鍍領域，尤其涉及一種導電材料制的刷鍍工件的複合鍍層及該複合鍍層刷鍍方法。
背景技術：
電刷鍍是一種從電鍍(槽鍍)發展起來，利用電化學原理在導電工件進行金屬離子沉積形成鍍層的新技術。電刷鍍使用專用電源、鍍筆和刷鍍液，無需常規電鍍槽。在電刷鍍過程中，鍍筆外裹布包套，以一定的壓力與工件保持接觸並作相對運動，在電流的作用下，使得金屬離子沉積在工件表面，從而完成刷鍍工作。電刷鍍技術由於具有設備簡單、工藝靈活、沉積速度快、鍍層和基體材料的結合強度高等優點，因而被廣泛使用於機械零部件的修復，對於大型機械的不解體現場修復或野外搶修具有尤其突出的實用價值。採用電刷鍍技術獲得複合鍍層，其原理是將一種或數種不溶性固體顆粒加到電刷鍍溶液中，使固體微粒與金屬離子共沉積，並使其均勻彌散在金屬鍍層中從而形成複合鍍層，複合鍍層可以大幅度提高鍍層的耐磨性、耐蝕性、抗高溫氧化性能等，因此在表面工程領域有著廣闊的應用價值。鋅鎳合金鍍層是一種新型的優良防護性鍍層，適用於在惡劣的工業大氣和嚴酷的海洋環境中使用。鎳含量7 9%的鋅鎳合金耐蝕性是鋅鍍層的3倍以上；含鎳量13%左右的鋅鎳合金鍍層耐蝕性是鋅鍍層的5倍以上，它具有最好的耐蝕性。專利CN101550577B公開了一種鋼鐵零部件表面Zn-Ni合金電鍍方法，電鍍時須採用特製的脈衝電源，鍍覆Zn-Ni合金多層膜，設備及工藝控制複雜，電流密度低，電鍍速度慢，出光時間長，鍍層光亮度及硬度依然不高。專利CN 1854350B公開了一種Zn-Fe- SiO2鍍層鋼鐵零部件電鍍方法，溶液成分多，含Fe2+的溶液容易氧化變質，生產維護困難，SiO2粉末的粒度大(0.5 y m 0.9Pm)，鍍層光亮度不高，鍍厚能力差(小於20 um)0
發明內容
本發明的目的在於:針對上述現有技術存在的問題，提供一種硬度高、耐蝕性、耐磨性、耐高溫氧化性好，並且具有高緻密性、鏡面光亮、綜合性能優良的複合鍍層，滿足零部件防腐、耐磨、裝飾的需要。本發明的目的通過以下技術方案實現:
一種複合鍍層，所述複合鍍層為Zn-N1- Al2O3，其中以重量計算，Ni的含量為10%至15%，Al2O3的含量為0.5%至1%，餘量為Zn。優選的，以重量計算，Zn的含量為85%，Ni的含量為14.5%，Al2O3的含量為0.5% ；
複合鍍層的厚度一般可為0.03毫米。優選的，以重量計算，Zn的含量為89%，Ni的含量為10%，Al2O3的含量為1% ;複合鍍層的厚度一般可為0.10毫米。優選的，以重量計算，Zn的含量為87%，Ni的含量為12.3%，Al2O3的含量為0.7% ；複合鍍層的厚度一般可為0.05毫米。本發明的有益效果主要體現在:在Zn ,Ni基質層中增加了高熔點、高硬度、耐磨、抗高溫的Al2O3顆粒，從而使複合鍍層的硬度、耐磨性、耐高溫氧化性大幅提高，具體的，複合鍍層硬度比未加三氧化二鋁的鋅鎳合金鍍層硬度提高一倍以上，耐磨性提高一倍以上。複合鍍層中Ni含量較大，使複合鍍層外觀鏡面光亮，具有的良好的緻密性與裝飾性；且由於複合鍍層中較高的Ni含量以及Al2O3顆粒的作用，使複合鍍層不需要鈍化處理就可以達到較高的耐蝕性，大大減化了生產工藝環節，減少了環境汙染，提高了生產安全性。本發明的另一目的在於提供一種成本低、綠色環保、工藝簡單、鍍覆速度快的Zn-N1- Al2O3複合鍍層刷鍍方法。本發明的目的通過以下一種複合鍍層的刷鍍方法實現:
一種複合鍍層的刷鍍方法，所述複合鍍層為Zn-N1- Al2O3,該刷鍍方法所使用的刷鍍溶液的組成成分為:NiS04 7H20，含量為100 g / L至150g / L ；ZnSO4 7H20，含量為150 g/ L至200g / L ;酒石酸鉀鈉，含量為50 g / L至IOOg / L ;硼酸，含量為20 g / L至30g / L ;粒徑為0.05 ii m至0.1 ii m的a - Al2O3顆粒，含量為3_5g / L ;該刷鍍方法包括以下步驟:第一步:對刷鍍工件進行表面清洗；第二步:使用前述的刷鍍溶液對刷鍍工件進行刷鍍；第三步:對刷鍍工件進行水洗和烘乾。優選的，所述第一步包括以下子步驟:首先進行電淨，即用電淨液TGY-1溶液，在正極性、電壓8V至15V對刷鍍工件處理20秒至40秒，待刷鍍工件上的水膜均勻推開後，用水衝洗；隨後進行一次活化，即用活化液THY-2溶液，在反極性，電壓8V至15V對刷鍍工件處理15秒至30秒，待表面呈均勻的灰黑色後，用水衝洗；隨後進行二次活化，即用活化液THY-3溶液，在反極性，電壓18 V至20V處理35秒至45秒，待表面呈均勻的銀灰色後，用水衝洗。
優選的，所述第二步具體為:將刷鍍工件與電刷鍍機的負極接通，將鍍筆與電刷鍍機的正極接通，移動鍍筆將前述的刷鍍溶液刷鍍到刷鍍工件的欲鍍表面上；所述電刷鍍機的工作電壓為8 12伏，所述鍍筆相對於刷鍍工件的移動速度為8米/分至15米/分。優選的，所述鍍筆使用絨布包裹，且絨布的有絨毛的一面朝外。優選的，所述刷鍍溶液採用上流循環攪拌法攪拌及連續供液。優選的，所述刷鍍溶液的組成成分為:NiS04 7H20,含量為100 g / L ;ZnSO4 7H20，含量為150 g / L ;酒石酸鉀鈉，含量為50 g / L ;硼酸，含量為20 g / L ;粒徑為0.05 ii m至0.1 ii m的a - Al2O3顆粒，含量為3g / L。優選的，所述刷鍍溶液的組成成分為:NiS04 7H20,含量為125 g / L ;ZnSO4 *7H20，含量為175 g / L ;酒石酸鉀鈉，含量為75g / L ;硼酸，含量為25 g / L ;粒徑為 0.05 ii m 至 0.1 ii m 的 a - Al2O3 顆粒，含量為 4g / L。優選的，所述刷鍍溶液的組成成分為:NiS04 7H20,含量為150 g / L ;ZnSO4 *7H20，含量為200 g / L ;酒石酸鉀鈉，含量為100 g / L ;硼酸，含量為30 g / L ;粒徑為0.05 ii m至0.1 ii m的a - Al2O3顆粒，含量為5g / L。本發明的有益效果主要體現在:複合鍍層的刷鍍溶液用料少，原料中無任何汙染源，溶液穩定，質保期長；複合鍍層可在刷鍍工件上直接施鍍，結合力良好；可方便地對零部件局部鍍覆，刷鍍速度快，生產效率高；可以刷鍍厚鍍層(一次性刷鍍層厚度0.1Omm);鍍層出光速度快，色澤鏡面光亮，防護能力好；鍍層無須鍍後鈍化處理，可保持外觀不變色；鍍層硬度高，耐磨性好；使用絨布包套，對鍍層有拋光作用，鍍層出光速度快，5分鐘即可出光，複合鍍層外觀如鏡面樣光亮、穩定，即使在空氣中長期存放仍保持特有的光澤；鋅鎳合金複合電刷鍍溶液採用上流循環攪拌法攪拌及連續供液，有利於獲得均勻一致的鍍層。
具體實施例方式在本發明的具體實施方式
中，複合鍍層為Zn-N1- Al2O3，其中以重量計算，Ni的含量為10%至15%，Al2O3的含量為0.5%至1%，餘量為Zn。該複合鍍層的刷鍍方法使用的溶液由作為主鹽的鎳鹽及鋅鹽，作為絡合劑的酒石酸鉀鈉，作為緩衝劑的硼酸，固體顆粒三氧化二鋁組成。具體為=NiSO4 *7H20，含量為100g / L至150g / L ；ZnSO4 7H20，含量為150 g / L至200g / L ;酒石酸鉀鈉，含量為50g / L至IOOg / L ;硼酸，含量為20 g / L至30g / L ;粒徑為0.05 y m至0.1 y m的a -Al2O3顆粒，含量為3-5g / L0溶液PH3-5。該溶液的製備方法為:將NiSO4 7H20、ZnSO4 7H20、酒石酸鉀鈉、硼酸分別溶解於純水中，最後混合配製成水溶液，在水溶液中加入固體微粒三氧化二鋁，機械攪拌至少30分鐘，再超聲振蕩至少30分鐘後，獲得鋅鎳合金複合電刷鍍溶液，溶液PH3-5。刷鍍方法包括在進行電刷鍍之前對刷鍍工件進行表面清洗，如進行電淨(電化學除油)、活化(電化學除鏽、除積碳)，然後進行電刷鍍，最後進行水洗、烘乾的步驟。具體為，第一步:對刷鍍工件進行表面清洗，包括電淨(電化學除油)、活化(電化學除鏽、除積碳)；第二步:使用前述的刷鍍溶液對刷鍍工件進行刷鍍；第三步:對刷鍍工件進行水洗和烘乾。第一步包括以下子步驟:首先進行電淨，即用電淨液TGY-1溶液，在正極性、電壓8V至15V對刷鍍工件處理20秒至40秒，待刷鍍工件上的水膜均勻推開後，用水衝洗；隨後進行一次活化，即用活化液THY-2溶液，在反極性，電壓8V至15V對刷鍍工件處理15秒至30秒，待表面呈均勻的灰黑色後，用水衝洗；隨後進行二次活化，即用活化液THY-3溶液，在反極性，電壓18 V至20·V處理35秒至45秒，待表面呈均勻的銀灰色後，用水衝洗。第二步具體為:將刷鍍工件與電刷鍍機的負極接通，將鍍筆與電刷鍍機的正極接通，移動鍍筆將前述的刷鍍溶液刷鍍到刷鍍工件的欲鍍表面上；所述電刷鍍機的工作電壓為8 12伏，所述鍍筆相對於刷鍍工件的移動速度為8米/分至15米/分，電流密度為20A/dm2 40A/dm2。在刷鍍中，鍍筆使用絨布包裹，且絨布的有絨毛的一面朝外，使用絨布包套，對鍍層有拋光作用，鍍層出光速度快。5分鐘即可出光,鍍層外觀如鏡面樣光亮、穩定，即使在空氣中長期存放仍保持特有的光澤。鋅鎳合金複合電刷鍍溶液採用上流循環攪拌法攪拌及連續供液，有利於獲得均勻一致的鍍層。以下分別介紹三個具體的實施例。實施例1:
實施例1中的最終產品為表面鍍覆有Zn-N1- Al2O3複合鍍層的鏡面輥，該產品的Zn-N1- Al2O3複合鍍層中，以重量計Zn含量為85 %，Ni含量為14.5 %，Al2O3含量為
0.5 %，鍍層的厚度為0.03 mm。
和前面介紹的類似，該鏡面輥的表面電刷鍍方法，包括在進行電刷鍍之前對所述零部件進行清洗，即電淨(電化學除油)、活化(電化學除鏽、除積碳)，然後進行電刷鍍，最後進行水洗、烘乾的步驟。清洗步驟首先為電淨，用電淨液TGY-1溶液，在正極性、電壓12V下處理約30秒，待工件上水膜均勻推開後完成。然後用水衝洗。隨後為一次活化，用活化液THY-2溶液，在反極性，電壓8V處理約20秒，待表面呈均勻的灰黑色後完成。然後用水衝洗。隨後為二次活化，用活化液THY-3溶液，在反極性，電壓18V處理約40秒，待表面呈均勻的銀灰色後完成。然後用水衝洗。清洗之後刷鍍工作層。用下述配方一的Zn-N1- Al2O3刷鍍溶液，移動鍍筆將刷鍍溶液刷鍍到鋼鐵材料制刷鍍工件的欲鍍表面上，所述電刷鍍機的工作電壓為8V,電流密度約為20A/dm2。所述鍍筆相對於鋼鐵材料的移動速度為15米/分。刷鍍時間約6 min，刷鍍速度0.005 mm/min。刷鍍溶液配方一:NiS04 7H20 IOOg / L、ZnSO4 7H20 150g / L、酒石酸鉀鈉50g / L、H3B03 為 20g / L、a - Al2O3 為 3g / L，PH 值 3-5。溶液的製備方法為:將NiSO4 7H20、ZnSO4 7H20、酒石酸鉀鈉、硼酸分別溶解於純水中，最後混合配製成水溶液，在水溶液中加入固體微粒三氧化二鋁，機械攪拌30分鐘，再超聲振蕩30分鐘後，獲得鋅鎳合金複合電刷鍍溶液；上述刷鍍溶液配方的PH值檢測為3-5。實施例2:
實施例2中的最終產品為表面鍍覆有Zn-N1- Al2O3複合鍍層的閥門，該產品的Zn-N1-Al2O3複合鍍層中，以重量計Zn含量為87 %，Ni含量為12.3 %，Al2O3含量為0.7 %，鍍層的厚度為0.05mm。和前面介紹的類似，該閥門的表面電刷鍍方法，包括在進行電刷鍍之前對所述零部件進行清洗，即電淨(電化學除油)、活化(電化學除鏽、除積碳)，然後進行電刷鍍，最後進行水洗、烘乾的步驟。清洗步驟首先為電淨，用電淨液TGY-1溶液，在正極性、電壓12V下處理約30秒，待工件上水膜均勻推開後完成。然後用水衝洗。隨後為一次活化，用活化液THY-2溶液，在反極性，電壓12V處理約20秒，待表面呈均勻的灰黑色後完成。然後用水衝洗。隨後為二次活化，用活化液THY-3溶液，在反極性，電壓20V處理約40秒，待表面呈均勻的銀灰色後完成。然後用水衝洗。清洗之後刷鍍工作層。用下述配方二的Zn-N1- Al2O3刷鍍溶液，移動鍍筆將刷鍍溶液刷鍍到鋼鐵材料的欲鍍表面上，所述電刷鍍機的工作電壓為10V，電流密度約為30A/dm2。所述鍍筆相對於鋼鐵材料的移動速度為12米/分。刷鍍時間約7 min，刷鍍速度0.007 mm/min，鍍層鏡面光亮。刷鍍溶液配方二=NiSO4 7H20 125g / L、ZnSO4 7H20 175g / L、酒石酸鉀鈉75g / L、H3B03 為 25/ 升、a - Al2O3 為 4g / L，PH 值 3-5。
該溶液的製備方法為:將NiSO4 7H20、ZnSO4 7H20、酒石酸鉀鈉、硼酸分別溶解於純水中，最後混合配製成水溶液，在水溶液中加入固體微粒三氧化二鋁，機械攪拌30分鐘，再超聲振蕩30分鐘後，獲得鋅鎳合金複合電刷鍍溶液；上述刷鍍溶液配方的PH值檢測為3-5。實施例3:
實施例3中的最終產品為表面鍍覆有Zn-N1- Al2O3複合鍍層的烘缸，該產品的Zn-N1-Al2O3複合鍍層中，以重量計Zn含量為89 %，Ni含量為10 %，Al2O3含量為I %，鍍層的厚度為0.10mm。和前面介紹的類似，該烘缸的表面電刷鍍方法，包括在進行電刷鍍之前對所述零部件進行清洗，即電淨(電化學除油)、活化(電化學除鏽、除積碳)，然後進行電刷鍍，最後進行水洗、烘乾的步驟。清洗步驟首先為電淨，用電淨液TGY-1溶液，在正極性、電壓12V下處理約30秒，待工件上水膜均勻推開後完成。然後用水衝洗。隨後為一次活化，用活化液THY-2溶液，在反極性，電壓12V處理約20秒，待表面呈均勻的灰黑色後完成。然後用水衝洗。隨後為二次活化，用活化液THY-3溶液，在反極性，電壓18V處理約40秒，待表面呈均勻的銀灰色後完成。然後用水衝洗。清洗之後刷鍍工作層。
用下述配方三的Zn-N1- Al2O3刷鍍溶液，移動鍍筆將刷鍍溶液刷鍍到鋼鐵材料的欲鍍表面上，所述電刷鍍機的工作電壓為12V，電流密度約為40A/dm2。所述鍍筆相對於鋼鐵材料的移動速度為10-15米/分。刷鍍時間約10 min，刷鍍速度0.010 mm/min，鍍層鏡
面光亮。刷鍍溶液配方三:NiS04*7H20 150g / UZnSO4 *7H20 200g / L、酒石酸鉀鈉 IOOg/ L、H3BO3 為 30/ 升、a - Al2O3 為 5g / L，PH 值 3-5。該溶液的製備方法為:將NiSO4 7H20、ZnSO4 7H20、酒石酸鉀鈉、硼酸分別溶解於純水中，最後混合配製成水溶液，在水溶液中加入固體微粒三氧化二鋁，機械攪拌30分鐘，再超聲振蕩30分鐘後，獲得鋅鎳合金複合電刷鍍溶液；上述刷鍍溶液配方的PH值檢測為3-5。本發明並不限於前述實施方式，本領域技術人員在本發明技術精髓的啟示下，還可能做出其他變更，但只要其實現的功能與本發明相同或相似，均應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種複合鍍層，其特徵在於，所述複合鍍層為Zn-N1- Al2O3，其中以重量計算，Ni的含量為10%至15%，Al2O3的含量為0.5%至1%，餘量為Zn。
2.根據權利要求1所述的複合鍍層，其特徵在於:以重量計算，Zn的含量為85%，Ni的含量為14.5%，Al2O3的含量為0.5% ;或者，Zn的含量為89%，Ni的含量為10%，Al2O3的含量為1% ;或者，Zn的含量為87%，Ni的含量為12.3%，Al2O3的含量為0.7%。
3.一種複合鍍層的刷鍍方法，其特徵在於: 所述複合鍍層為Zn-N1- Al2O3,該刷鍍方法所使用的刷鍍溶液的組成成分為:NiSO4 7H20，含量為 100 g / L 至 150g / L ；ZnSO4* 7H20，含量為 150 g / L 至 200g /L ;酒石酸鉀鈉，含量為50 g / L至IOOg / L ;硼酸，含量為20 g / L至30g / L ;粒徑為0.05 ii m 至 0.1 ii m 的 a - Al2O3 顆粒，含量為 3_5g / L ； 該刷鍍方法包括以下步驟: 第一步:對刷鍍 工件進行表面清洗； 第二步:使用前述的刷鍍溶液對刷鍍工件進行刷鍍； 第三步:對刷鍍工件進行水洗和烘乾。
4.根據權利要求3所述的刷鍍方法，其特徵在於，所述第一步包括以下子步驟: 首先進行電淨，即用電淨液TGY-1溶液，在正極性、電壓8V至15V對刷鍍工件處理20秒至40秒，待刷鍍工件上的水膜均勻推開後，用水衝洗； 隨後進行一次活化，即用活化液THY-2溶液，在反極性，電壓8V至15V對刷鍍工件處理15秒至30秒，待表面呈均勻的灰黑色後，用水衝洗； 隨後進行二次活化，即用活化液THY-3溶液，在反極性，電壓18 V至20V處理35秒至45秒，待表面呈均勻的銀灰色後，用水衝洗。
5.根據權利要求3所述的刷鍍方法，其特徵在於，所述第二步具體為:將刷鍍工件與電刷鍍機的負極接通，將鍍筆與電刷鍍機的正極接通，移動鍍筆將前述的刷鍍溶液刷鍍到刷鍍工件的欲鍍表面上；所述電刷鍍機的工作電壓為8 12伏，所述鍍筆相對於刷鍍工件的移動速度為8米/分至15米/分。
6.根據權利要求5所述的刷鍍方法，其特徵在於，所述鍍筆使用絨布包裹，且絨布的有絨毛的一面朝外。
7.根據權利要求3或5所述的刷鍍方法，其特徵在於，所述刷鍍溶液採用上流循環攪拌法攪拌及連續供液。
8.根據權利要求3所述的刷鍍方法，其特徵在於，所述刷鍍溶液的組成成分為:NiSO4 7H20，含量為 100 g / L ； ZnSO4WH2O，含量為 150 g / L ； 酒石酸鉀鈉，含量為50 g / L ; 硼酸，含量為20 g / L; 粒徑為0.05 ii m至0.1 ii m的a - Al2O3顆粒，含量為3g / L。
9.根據權利要求3所述的刷鍍方法，其特徵在於，所述刷鍍溶液的組成成分為:NiSO4 7H20，含量為 125 g / L ;ZnSO4 7H20，含量為 175 g / L ; 酒石酸鉀鈉，含量為75g / L;硼酸，含量為25 g / L;粒徑為0.05 ii m至0.1 ii m的a - Al2O3顆粒，含量為4g / L。
10.根據權利要求3所述的刷鍍方法，其特徵在於，所述刷鍍溶液的組成成分為:NiSO4 7H20，含量為 150 g / L ；ZnSO4 7H20，含量為 200 g / L ；酒石酸鉀鈉，含量為100 g / L ；硼酸，含量為30 g / L;粒徑為0.05 ii m至 0.1 ii m的a - Al2O3顆粒，含量為5g / L。
全文摘要
本發明提供了一種複合鍍層，所述複合鍍層為Zn-Ni-Al2O3，其中以重量計算，Ni的含量為10%至15%，Al2O3的含量為0.5%至1%，餘量為Zn。一種複合鍍層的刷鍍方法，所述複合鍍層為Zn-Ni-Al2O3，該刷鍍方法包括以下步驟第一步對刷鍍工件進行表面清洗；第二步使用前述的刷鍍溶液對刷鍍工件進行刷鍍；第三步對刷鍍工件進行水洗和烘乾。本發明的有益效果主要體現在在Zn、Ni基質層中增加了高熔點、高硬度、耐磨、抗高溫的Al203顆粒，從而使複合鍍層的硬度、耐磨性、耐高溫氧化性大幅提高，複合鍍層中Ni含量較大，使複合鍍層外觀鏡面光亮，具有的良好的緻密性與裝飾性。
文檔編號C25D15/00GK103243361SQ201210031208
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月13日 優先權日2012年2月13日
發明者薛伯生, 魏龍泉, 王金 申請人:南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司