一種tc4鈦合金表面電鍍銅工藝方法
2023-09-17 16:29:30
專利名稱：一種tc4鈦合金表面電鍍銅工藝方法
技術領域：
本發明涉及的是一種TC4鈦合金表面電鍍銅工藝方法，屬於金屬材料表面改性技術領域。
背景技術：
銅具有熔點高、塑性好的特點，應用在金屬材料表面可以大大降低摩擦係數，減小摩擦力，對改善金屬材料表面的摩擦磨損性能具有良好的效果，尤其對於螺紋表面，具有很好的抗粘扣作用，目前，石油管的螺紋大都是採用鍍銅來改善其耐磨性和抗粘扣性能。鈦合金是用作高強耐腐蝕油管較好的選材，但是鈦合金材料粘性大，耐磨性差，螺紋易產生粘扣，由於鈦合金表面鍍銅技術難以實現，成為鈦合金用作石油管材料的技術瓶頸。近年來，涉及鈦合金表面鍍銅技術方法的研究甚少，未見有穩定可靠的工藝及其應用實例，主要存在以下問題(1)鈦元素化學活性大，表面易產生氧化，因此在鈦合金表面進行電鍍或者化學鍍很難實現；( 鍍層與基體的表面結合力差，鍍層質量難以滿足應用的技術要求；(3)公開發表的TC4鈦合金鍍銅工藝研究不甚完整，某些方法需要進行預鍍處理，可實施性差。目前，有少量的鈦合金鍍銅工藝研究主要集中於鍍前處理方法簡單的比較，或是鍍層質量簡單的比較分析，但是未見有完整的工藝研究及其生產應用的報導，一些研究者在鈦合金表面利用氰化物鍍銅，一方面氰化物為巨毒物質，對人體危害大，另一方面氰化物鍍銅不環保，易造成嚴重的環境汙染，TC4鈦合金表面無毒鍍銅技術及其應用尚屬空白。因此研究和實現TC4鈦合金表面鍍銅技術對TC4鈦合金在石油管工業領域的應用具有重要意義。
發明內容
為了克服現有技術無法實現無毒鍍銅且鍍層與基體結合力差的不足，本發明提供了一種TC4鈦合金表面電鍍銅的工藝方法，無須預鍍處理，在TC4鈦合金表面上直接鍍銅， 可獲得結合力好，均勻、緻密、表面光潔的鍍層，並且具有工藝簡單、操作方便、成本低廉、易於實現、效率高等優點，適於生產和應用。本發明解決其技術問題所採用的工藝方案包括以下步驟①鹼洗將試樣或工件置於溫度為65 80°C鹼洗液中，浸泡10 15分鐘；②水洗將鹼洗後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無鹼洗液；③酸洗將水洗後的試樣或工件置於室溫的酸洗液中浸泡1 2分鐘，進行表面腐蝕處理；④水洗將酸洗後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無酸洗液；⑤活化處理將水洗後的試樣或工件置於溫度為80 90°C的活化液中浸泡20 25分鐘，進行表面活化處理；⑥水洗將活化後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無活化液；
⑦電鍍將水洗後的試樣或工件置於室溫的電鍍液中進行電鍍，電鍍至滿足工件鍍層厚度要求為止，電流密度為1. 5 7. 8A/dm2 ；⑧清洗將電鍍後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無電鍍液；⑨鈍化將烘乾的試樣或工件置於室溫的鈍化液中浸泡3 5分鐘，進行鍍層表面鈍化處理；⑩清洗烘乾將鈍化後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無鈍化液，然後再進行烘乾至表面乾燥，結束。所述鹼洗液是將NaOH和Na3PO4溶於蒸餾水中，含量分別為NaOH 75 100g/L， Na3PO4 20 25g/L。所述的酸洗液包括HF、HNO3和H2O,含量分別為=HF 100 200ml/L, HNO3 300 400ml/L，H2O 400 600ml/L，HF、HNO3 和 H2O 的組分總和為 100%。所述的活化液是將K2Cr2O7和HF溶於蒸餾水中，含量分別為=K2Cr2O7 180 250g/ L, HF 50 80ml/L。所述的電鍍液是將CuSO4 · 5H20和H2SO4溶於蒸餾水中，含量分別為 CuSO4 · 5H20150 200g/L, H2SO4 60 80ml/L。所述的鈍化液是將Cr03、NaCl*H2S04溶於蒸餾水中，含量分別為=CrO3 80 90g/ L ；NaCl 1 2g/L ；H2SO4 25 30ml/L。本發明的有益效果是本發明解決了 TC4鈦合金表面鍍銅難以實現的技術難題， 無須預鍍處理，在室溫條件下TC4鈦合金表面直接電鍍銅，工藝穩定可靠，可獲得結合力好、均勻、緻密、表面光潔的銅鍍層，並具有工藝簡單、操作方便、效率高、成本低廉、易於實現等優點。採用銼邊法、劃痕法、摩擦法和拋光法等方法對結合力進行檢測，鍍層與基體表現出非常好的結合力。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1為採用本發明所獲得的不同電鍍時間條件下的鍍層截面顯微形貌圖，其中圖
1(a)為電鍍20分鐘，圖1 (b)為電鍍30分鐘，圖1 (c)為電鍍40分鐘；圖2為採用本發明所獲得的不同電鍍時間條件下的鍍層表面宏觀形貌圖，其中圖
2(a)為電鍍20分鐘，圖2 (b)為電鍍30分鐘，0 2(c) %電鍍40分鐘；圖3為採用本發明所獲得的不同電鍍時間條件下的鍍層表面微觀形貌圖，其中圖
3(a)為電鍍20分鐘，圖3 (b)為電鍍30分鐘，0 3(c) %電鍍40分鐘；圖4為採用本發明所獲得的不同電鍍時間條件下的鍍層截面元素分布，其中圖 4(a)為電鍍20分鐘，圖&為線掃描方向，圖a 為線掃描元素分布；圖4 (b)為電鍍30分鐘，圖h為線掃描方向，圖b 為線掃描元素分布；圖4(c)為電鍍40分鐘，圖C1為線掃描方向，圖C11為線掃描元素分布；圖5為本發明的方法流程圖。
具體實施例方式實施例1
對TC4鈦合金規格為25 X 20 X 5mm的試樣表面鍍銅溶液配方①鹼洗溶液NaOH75g/L ；Na3PO4 20g/L ②酸洗溶液HF 100ml/L ；HNO3 300ml/L ；蒸餾水 600ml/L ③活化溶液=K2Cr2O7 180g/L ；HF 50ml/L ④電鍍溶液=CuSO4 ·5Η20 150g/L ；H2SO4 60ml/L ⑤鈍化溶液:Cr03 80g/L ；NaCl 1. Og/L ；H2SO4 25ml/L。實施操作①鹼洗將試樣置於溫度為65°C鹼洗液中，浸泡15分鐘；②水洗將鹼洗後的試樣使用流動水衝洗；③酸洗將水洗後的試樣置於室溫的酸洗液中浸泡2分鐘，進行表面腐蝕處理；④水洗將酸洗後的試樣使用流動水衝洗；⑤活化處理將水洗後的試樣置於溫度為80°C的活化液中浸泡25分鐘，進行表面活化處理 』⑥水洗將活化後的試樣使用流動水衝洗；⑦電鍍將水洗後的試樣置於室溫的電鍍液中進行電鍍，電流密度為1. 5A/ dm2,電鍍時間為30分鐘；⑧清洗將電鍍後的試樣使用流動水衝洗；⑨鈍化將烘乾的試樣置於室溫的鈍化液中浸泡5分鐘，進行鍍層表面鈍化處理；⑩清洗烘乾將鈍化後的試樣使用蒸餾水衝洗，再進行烘乾，結束。實施效果TC4鈦合金試樣表面獲得了結合力好、均勻、緻密、表面光潔的銅鍍層， 採用銼邊法、劃痕法、摩擦法和拋光法等方法對結合力進行檢測，鍍層與基體表現出非常好的結合力。實施例2對TC4鈦合金規格為25 X 20 X 5mm的試樣表面鍍銅溶液配方①鹼洗溶液NaOH 85g/L ；Na3PO4 22. 5g/L②酸洗溶液HF 150ml/ L ；HNO3 350ml/L ；蒸餾水 500ml/L ③活化溶液=K2Cr2O7 210g/L ；HF 65ml/L ④電鍍溶液 CuSO4 · 5H20 180g/L ；H2SO4 70ml/L ⑤鈍化溶液Cr0385g/L ;NaCl 1. 5g/L ；H2SO4 27. 5ml/L。實施操作①鹼洗將試樣置於溫度為70°C鹼洗液中，浸泡12分鐘；②水洗將鹼洗後的試樣使用流動水衝洗；③酸洗將水洗後的試樣置於室溫的酸洗液中浸泡1. 5分鐘， 進行表面腐蝕處理；④水洗將酸洗後的試樣使用流動水衝洗；⑤活化處理將水洗後的試樣置於溫度為85°C的活化液中浸泡22分鐘，進行表面活化處理 』⑥水洗將活化後的試樣使用流動水衝洗；⑦電鍍將水洗後的試樣置於室溫的電鍍液中進行電鍍，電流密度為 3. 5A/dm2，電鍍時間為30分鐘；⑧清洗將電鍍後的試樣使用流動水衝洗；⑨鈍化將烘乾的試樣置於室溫的鈍化液中浸泡4分鐘，進行鍍層表面鈍化處理；⑩清洗烘乾將鈍化後的試樣使用蒸餾水衝洗，再進行烘乾，結束。實施效果TC4鈦合金試樣表面獲得了結合力好、均勻、緻密、表面光潔的銅鍍層， 採用銼邊法、劃痕法、摩擦法和拋光法等方法對結合力進行檢測，鍍層與基體表現出非常好的結合力。實施例3對TC4鈦合金規格為25 X 20 X 5mm的試樣表面鍍銅 溶液配方①鹼洗溶液NaOH 100g/L ；Na3PO4 25g/L②酸洗溶液HF 200ml/ L ；HNO3 400ml/L;蒸餾水 400ml/L ③活化溶液=K2Cr2O7 250g/L ；HF 80ml/L ④電鍍溶液: CuSO4 · 5H20 200g/L ；H2SO4 80ml/L ⑤鈍化溶液:Cr03 90g/L ；NaCl 2. 0g/L ；H2SO4 30ml/L。
實施操作①鹼洗將試樣置於溫度為80°C鹼洗液中，浸泡10分鐘；②水洗將鹼洗後的試樣使用流動水衝洗；③酸洗將水洗後的試樣置於室溫的酸洗液中浸泡1分鐘，進行表面腐蝕處理 』④水洗將酸洗後的試樣使用流動水衝洗；⑤活化處理將水洗後的試樣置於溫度為90°C的活化液中浸泡20分鐘，進行表面活化處理；⑥水洗將活化後的試樣使用流動水衝洗；⑦電鍍將水洗後的試樣置於室溫的電鍍液中進行電鍍，電流密度為7. 8A/ dm2,電鍍時間為30分鐘；⑧清洗將電鍍後的試樣使用流動水衝洗；⑨鈍化將烘乾的試樣置於室溫的鈍化液中浸泡3分鐘，進行鍍層表面鈍化處理；⑩清洗烘乾將鈍化後的試樣使用蒸餾水衝洗，再進行烘乾，結束。實施效果TC4鈦合金試樣表面獲得了結合力好、均勻、緻密、表面光潔的銅鍍層， 採用銼邊法、劃痕法、摩擦法和拋光法等方法對結合力進行檢測，鍍層與基體表現出非常好的結合力。實施例4對TC4鈦合金3 1/2"油管用接箍內螺紋表面鍍銅溶液配方①鹼洗溶液NaOH 100g/L ；Na3PO4 25g/L②酸洗溶液HF IOOml/ L ；HNO3 300ml/L;蒸餾水 600ml/L ③活化溶液=K2Cr2O7 250g/L ；HF 50ml/L ④電鍍溶液: CuSO4 · 5H20 150g/L ；H2SO4 80ml/L ⑤鈍化溶液:Cr03 85g/L ；NaCl 1. 5g/L ；H2SO4 30ml/L。實施操作①鹼洗將試樣置於溫度為65°C鹼洗液中，浸泡10分鐘；②水洗將鹼洗後的試樣使用流動水衝洗；③酸洗將水洗後的試樣置於室溫的酸洗液中浸泡1分鐘，進行表面腐蝕處理；④水洗將酸洗後的試樣使用流動水衝洗；⑤活化處理將水洗後的試樣置於溫度為85°C的活化液中浸泡20分鐘，進行表面活化處理 』⑥水洗將活化後的試樣使用流動水衝洗；⑦電鍍將水洗後的試樣置於室溫的電鍍液中進行電鍍，電流密度為3. 5A/ dm2,電鍍時間為30分鐘；⑧清洗將電鍍後的試樣使用流動水衝洗；⑨鈍化將烘乾的試樣置於室溫的鈍化液中浸泡5分鐘，進行鍍層表面鈍化處理；⑩清洗烘乾將鈍化後的試樣使用蒸餾水衝洗，再進行烘乾，結束。實施效果TC4鈦合金3 1/2"油管用接箍內螺紋表面獲得了結合力好、均勻、緻密、表面光潔的銅鍍層，採用螺紋上卸扣試驗等方法對結合力進行檢測，鍍層與基體表現出非常好的結合力。
權利要求
1.一種TC4鈦合金表面電鍍銅工藝方法，其特徵在於包括下述步驟①鹼洗將試樣或工件置於溫度為65 80°C鹼洗液中，浸泡10 15分鐘；②水洗將鹼洗後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無鹼洗液；③酸洗將水洗後的試樣或工件置於室溫的酸洗液中浸泡1 2分鐘，進行表面腐蝕處理；④水洗將酸洗後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無酸洗液；⑤活化處理將水洗後的試樣或工件置於溫度為80 90°C的活化液中浸泡20 25分鐘，進行表面活化處理；⑥水洗將活化後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無活化液；⑦電鍍將水洗後的試樣或工件置於室溫的電鍍液中進行電鍍，電鍍至滿足工件鍍層厚度要求為止，電流密度為1. 5 7. 8A/dm2 ；⑧清洗將電鍍後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無電鍍液；⑨鈍化將烘乾的試樣或工件置於室溫的鈍化液中浸泡3 5分鐘，進行鍍層表面鈍化處理；⑩清洗烘乾將鈍化後的試樣或工件使用流動水衝洗至表面無鈍化液，然後再進行烘乾至表面乾燥，結束。
2.根據權利要求1所述的TC4鈦合金表面電鍍銅工藝方法，其特徵在於所述的鹼洗液是將NaOH和Na3PO4溶於蒸餾水中，含量分別為NaOH 75 100g/L，Na3P0420 25g/L。
3.根據權利要求1所述的TC4鈦合金表面電鍍銅工藝方法，其特徵在於所述的酸洗液包括 HF、HNO3 和 H2O,含量分別為=HF 100 200ml/L, HNO3 300 400ml/L, H2O 400 600ml/L，HF、HNO3 和 H2O 的組分總和為 100%。
4.根據權利要求1所述的TC4鈦合金表面電鍍銅工藝方法，其特徵在於所述的活化液是將K2Cr2O7和HF溶於蒸餾水中，含量分別為=K2Cr2O7 180 250g/L，HF50 80ml/L。
5.根據權利要求1所述的TC4鈦合金表面電鍍銅工藝方法，其特徵在於所述的電鍍液是將CuSO4 · 5H20和H2SO4溶於蒸餾水中，含量分別為=CuSO4 · 5H20 150 200g/L，H2SO4 60 80ml/L。
6.根據權利要求1所述的TC4鈦合金表面電鍍銅工藝方法，其特徵在於所述的鈍化液是將CrO3> NaCl和H2SO4溶於蒸餾水中，含量分別為=CrO3 80 90g/L ；NaCl 1 2g/L ； H2SO4 25 30ml/L。
全文摘要
本發明公開了一種TC4鈦合金表面電鍍銅工藝方法，依次對試樣或工件進行鹼洗除油去脂、水洗、酸洗腐蝕、水洗、活化處理、水洗、電鍍、清洗、表面鈍化、清洗和烘乾。本發明解決了TC4鈦合金表面鍍銅難以實現的技術難題，無須預鍍處理，在室溫條件下TC4鈦合金表面直接電鍍銅，工藝穩定可靠，可獲得結合力好、均勻、緻密、表面光潔的銅鍍層，並具有工藝簡單、操作方便、效率高、成本低廉、易於實現等優點。採用銼邊法、劃痕法、摩擦法和拋光法等方法對結合力進行檢測，鍍層與基體表現出非常好的結合力。
文檔編號C25D5/38GK102286763SQ20111024656
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者吳向清, 姚小飛, 王毅飛, 謝發勤 申請人:西北工業大學