用於載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液和化學鍍方法

2023-06-09 01:19:16

用於載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液和化學鍍方法
【專利摘要】本發明所述的用於載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液和化學鍍方法，採用鎳磷合金鍍液以在鑄鋼材料表面有效地形成化學鍍層，從而顯著地提高載重胎模具表面的耐磨性、耐腐蝕性與硬度，進而提高輪胎加工後的表面色澤均勻性與外觀質量。鎳磷合金鍍液以水為溶劑的鍍液中，按重量配比比例包括有以下成份，硫酸鎳，20-40克/升；次亞磷酸鈉，15-30克/升；檸檬酸鈉，2-7克/升；乙酸鈉，11-18克/升；硫脲，1-3毫克/升；其中，鎳磷合金鍍液的PH值在4.2至4.8之間。使用鎳磷合金鍍液可在鑄鋼材料的載重胎模具表面形成一定的鎳-磷鍍層，從而在模具耐磨性、耐腐蝕性與硬度方面顯著地提高。
【專利說明】用於載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液和化學鍍方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用於鋼質材料的載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液、以及應用該鍍液實施載重胎模具表面化學鍍的方法，屬於高分子材料與工業化學處理領域。
【背景技術】
[0002]輪胎硫化模具是輪胎硫化過程中所使用的重要工藝裝備，其質量優劣直接影響到輪胎外在質量，甚至影響到輪胎使用壽命及安全性。現在較為常見的載重汽車輪胎(通常為全鋼絲子午線輪胎)活絡模具，由於模具使用及存放不合理，鑄鋼材料的模具表面易與周圍介質發生化學及電化學作用而形成破壞性效果，使輪胎模具表面腐蝕。其結果易造成輪胎外觀麻面，不平等缺陷，使輪胎質量下降，而且模具修理也會造成較大的經濟損失。
[0003]目前載重胎模具表面處理的方法是氮化和鍍鉻處理，但是在載重胎模具氮化處理中往往會產生模具滲氮深度淺，硬度不均勻，表面有氧化色，滲氮層不緻密致使表面出現網狀或針狀氮化物等缺陷；鍍鉻處理後會產生鍍層脫落，鍍層耐磨性不好等缺陷，嚴重影響了模具的使用壽命。
[0004]除上述處理方法以外，當前國內外還未有所記載與公開其他鑄鋼材料載重胎模具表面的處理技術。
[0005]有鑑於此，特提出本專利申請。

【發明內容】

[0006]本發明所述的用於載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液和化學鍍方法，其目的在於解決上述現有技術存在的缺陷而採用鎳磷合金鍍液，以在鑄鋼材料表面有效地形成化學鍍層，從而顯著地提高載重胎模具表面的耐磨性、耐腐蝕性與硬度，進而提高輪胎加工後的表面色澤均勻性與外觀質量。
[0007]為實現上述發明目的，所述的鎳磷合金鍍液，主要用以施鍍於鑄鋼材料的載重胎模具表面。具體地，以水為溶劑的鍍液中，按重量配比比例包括有以下成份，
[0008]硫酸鎳，20-40克/升； [0009]次亞磷酸鈉，1530克/升；
[0010]梓檬酸鈉，2-7克/升；
[0011]乙酸鈉，11-18克/升；
[0012]硫脲，1-3暈克/升；
[0013]其中，鎳磷合金鍍液的PH值在4.2至4.8之間。
[0014]如上述方案內容，使用鎳磷合金鍍液可在鑄鋼材料的載重胎模具表面形成一定的鎳-磷鍍層，從而在模具耐磨性、耐腐蝕性與硬度方面顯著地提高。
[0015]按上述重量配比關係進行配製過程中，為防止出現不良反應和保持鍍液成份、PH值的穩定，上述所有成份的添加混合順序依次為硫酸鎳、檸檬酸鈉、次亞磷酸納、乙酸鈉與硫脲。[0016]基於上述發明構思與改進措施，在使用以上鎳磷合金鍍液的基礎上，本發明還實現了下述載重胎模具表面化學鍍方法，即在施鍍處理階段之前、之後分別地實施前處理階段與後處理階段。
[0017]與現有技術的不同之處在於，所述的施鍍處理階段，是在80_99°C溫度下，將鑄鋼材料的載重胎模具完全地浸入鎳磷合金鍍液中；
[0018]其中，裝載比為0.6-1.2dm2/L，控制施鍍過程中的鎳磷合金鍍液PH值始終在4.2至4.8之間，根據目標鍍層厚度結合0.012-0.02毫米/小時的施鍍速度來控制所需的施鍍時間。
[0019]其中，在施鍍處理階段中，通過添加氨水以控制鎳磷合金鍍液的PH值穩定在4.2至4.8之間。
[0020]所述的前處理階段包括有以下操作步驟:
[0021]打磨試片，通過通用打磨裝置對模具表面進行打磨處理；
[0022]至少一次鹼洗除油，在50_70°C下的鹼液中浸泡模具以除油處理3-8分鐘；
[0023]至少一次酸洗除鏽，在常溫下採用酸液浸泡模具以除鏽處理1-5分鐘；
[0024]至少一次酸洗活化，在常溫下採用弱酸酸液進行衝洗並活化10-40秒鐘；
[0025]在上述步驟之間的數次水洗處理，每一次水洗處理包括至少一個水洗步驟。
[0026]所述的後處理階段，是將施鍍結束的模具進行至少一個水洗的階段、以及吹乾處理。
[0027]另外，在施鍍處理階段中使用的鎳磷合金鍍液，其配比順序是先將硫酸鎳粉末添加到水中並混合均勻、停放靜止；然後依次地添加檸檬酸鈉、次亞磷酸納、乙酸鈉與硫脲，每次添加後均需混合均勻、停放靜止。
[0028]綜上內容，本發明用於載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液和化學鍍方法具有的優點與有益效果如下:
[0029]1、經過施鍍處理後的載重胎模具表面鍍層為高磷鍍層，鎳磷鍍層中磷元素的質量分數約為11.5%，因此模具表面的硬度提高了約2倍。
[0030]2、相應地，模具的耐腐蝕性和硬度也得以顯著提高，因此模具的摩擦係數得以降低，耐摩擦力顯著提高。
[0031]3、採用上述模具加工的載重汽車輪胎，其表面色澤更為均勻，外觀質量較好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]現結合附圖對本發明做進一步的說明。
[0033]圖1是在400倍金相顯微鏡下顯示的鍍層厚度示意圖；
[0034]圖2是鎳磷合金鍍層的能譜分析圖；
[0035]圖3是針對鎳磷合金鍍層與模具基體的摩擦磨損試驗對比圖；
[0036]圖4是針對模具基體的極化試驗曲線圖；
[0037]圖5是針對鎳磷合金鍍層的極化試驗曲線圖；
【具體實施方式】
[0038]實施例1，所述的鎳磷合金鍍液，是以水為溶劑，構成成份按以下比例進行重量配比:
[0039]硫酸鎳，23克/升；
[0040]次亞磷酸鈉，25克/升；
[0041]檸檬酸鈉，7克/升；
[0042]乙酸鈉，12克/升；
[0043]硫脲，1.5暈克/升；
[0044]其中，鎳磷合金鍍液的PH值在4.2至4.8之間。
[0045]鎳磷合金鍍液的配比過程是，先將硫酸鎳粉末添加到水中並混合均勻、停放靜止；然後依次地添加檸檬酸鈉、次亞磷酸納、乙酸鈉與硫脲，每次添加後均需混合均勻、停放靜止。
[0046]應用上述鎳磷合金鍍液，針對乘用胎模具表面化學鍍的加工方法如下:
[0047]在施鍍處理階段之前、之後，分別地進行前處理階段與後處理階段。
[0048]所述的施鍍處理階段，是在85°C溫度下，將鑄鋼材料的載重胎模具完全地浸入鎳磷合金鍍液中；其中，裝載比為0.8dm2/L，通過添加氨水以控制施鍍過程中的鎳磷合金鍍液PH值始終在4.2至4.8之間，根據目標鍍層厚度結合0.012-0.02毫米/小時的施鍍速度來控制所需的施鍍時間。
[0049]所述的前處理階段包括有以下操作步驟:
[0050]打磨試片，通過通用打磨裝置對模具表面進行打磨處理；
[0051]一次鹼洗除油，在65°C的鹼液中浸泡模具以除油處理5分鐘；
[0052]第一次水洗，對載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗；
[0053]一次酸洗除鏽，在常溫下用1:1的鹽酸浸泡模具以除鏽處理I分鐘；
[0054]第二次水洗，對經酸洗除鏽的載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗；
[0055]一次酸洗活化，在常溫下用5 %的硫酸酸洗活化20秒鐘；
[0056]第三次水洗，對經酸洗活化的載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗。
[0057]所述的後處理階段，是將施鍍結束的模具進行至少一個水洗的階段、以及吹乾處理。
[0058]實施例2，所述的鎳磷合金鍍液，是以水為溶劑，構成成份按以下比例進行重量配比:
[0059]硫酸鎳，28克/升；
[0060]次亞磷酸鈉，20克/升；
[0061]檸檬酸鈉，3克/升；
[0062]乙酸鈉，13克/升；
[0063]硫脲，1.7暈克/升；
[0064]其中，鎳磷合金鍍液的PH值在4.2至4.8之間。
[0065]鎳磷合金鍍液的配比過程是，先將硫酸鎳粉末添加到水中並混合均勻、停放靜止；然後依次地添加檸檬酸鈉、次亞磷酸納、乙酸鈉與硫脲，每次添加後均需混合均勻、停放靜止。
[0066]應用上述鎳磷合 金鍍液，針對乘用胎模具表面化學鍍的加工方法如下:
[0067]在施鍍處理階段之前、之後，分別地進行前處理階段與後處理階段。[0068]所述的施鍍處理階段，是在90°C溫度下，將鑄鋼材料的載重胎模具完全地浸入鎳磷合金鍍液中；其中，裝載比為0.75dm2/L，通過添加氨水以控制施鍍過程中的鎳磷合金鍍液PH值始終在4.2至4.8之間，根據目標鍍層厚度結合0.012-0.02毫米/小時的施鍍速度來控制所需的施鍍時間。
[0069]所述的前處理階段包括有以下操作步驟:
[0070]打磨試片，通過通用打磨裝置對模具表面進行打磨處理；
[0071]一次鹼洗除油，在65°C的鹼液中浸泡模具以除油處理8分鐘；
[0072]第一次水洗，對載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗；
[0073]一次酸洗除鏽，在常溫下用1:1的鹽酸浸泡模具以除鏽處理2分鐘；
[0074]第二次水洗，對經酸洗除鏽的載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗；
[0075]一次酸洗活化，在常溫下用5 %的硫酸酸洗活化10秒鐘；
[0076]第三次水洗，對經酸洗活化的載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗。
[0077]所述的後處理階段，是將施鍍結束的模具進行至少一個水洗的階段、以及吹乾處理。
[0078]實施例3，所述的鎳磷合金鍍液，是以水為溶劑，構成成份按以下比例進行重量配比:`[0079]硫酸鎳，35克/升；
[0080]次亞磷酸鈉，30克/升；
[0081 ]檸檬酸鈉，3克/升；
[0082]乙酸鈉，18克/升；
[0083]硫脲，I暈克/升；
[0084]其中，鎳磷合金鍍液的PH值在4.2至4.8之間。
[0085]鎳磷合金鍍液的配比過程是，先將硫酸鎳粉末添加到水中並混合均勻、停放靜止；然後依次地添加檸檬酸鈉、次亞磷酸納、乙酸鈉與硫脲，每次添加後均需混合均勻、停放靜止。
[0086]應用上述鎳磷合金鍍液，針對乘用胎模具表面化學鍍的加工方法如下:
[0087]在施鍍處理階段之前、之後，分別地進行前處理階段與後處理階段。
[0088]所述的施鍍處理階段，是在80°C溫度下，將鑄鋼材料的載重胎模具完全地浸入鎳磷合金鍍液中；其中，裝載比為ldm2/L，通過添加氨水以控制施鍍過程中的鎳磷合金鍍液PH值始終在4.2至4.8之間，根據目標鍍層厚度結合0.012-0.02毫米/小時的施鍍速度來控制所需的施鍍時間。
[0089]所述的前處理階段包括有以下操作步驟:
[0090]打磨試片，通過通用打磨裝置對模具表面進行打磨處理；
[0091]一次鹼洗除油，在65°C的鹼液中浸泡模具以除油處理4分鐘；
[0092]第一次水洗，對載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗；
[0093]一次酸洗除鏽，在常溫下用1:1的鹽酸浸泡模具以除鏽處理I分鐘；
[0094]第二次水洗，對經酸洗除鏽的載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗；
[0095]一次酸洗活化，在常溫下用5 %的硫酸酸洗活化15秒鐘；
[0096]第三次水洗，對經酸洗活化的載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗。[0097]所述的後處理階段，是將施鍍結束的模具進行至少一個水洗的階段、以及吹乾處理。
[0098]綜合上述3個實施例，如圖1所示，採用XJP-6A型正置式400倍金相顯微鏡對鍍層的截面進行了觀察，見圖1所示。
[0099]在圖中，中間光亮部分為鍍層，左側部分為鋼基體，右側為鑲嵌材料，鍍層厚度為12 μ m0
[0100]如圖2所示，為確定鎳磷合金鍍層的組成成分，在掃描電鏡觀察時對生成的膜層進行了能譜分析，以及結合以下表1。
[0101]表1鋁鎂材料的乘用胎模具N1-P鍍層成分表
[0102]
【權利要求】
1.一種用於載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液，用以施鍍於鑄鋼材料的模具表面，其特徵在於:在水為溶劑的鍍液中，按重量配比比例包括有以下成份， 硫酸鎳，20-40克/升； 次亞磷酸鈉，15-30克/升； 檸檬酸鈉，2-7克/升； 乙酸鈉，11-18克/升； 硫脲，1-3暈克/升； 其中，鎳磷合金鍍液的PH值在4.2至4.8之間。
2.根據權利要求1所述的用於載重胎模具表面化學鍍的鎳磷合金鍍液，其特徵在於:在配比時，按前後順序、逐一地向水中添加硫酸鎳、檸檬酸鈉、次亞磷酸納、乙酸鈉、硫脲。
3.應用如權利要求1或2所述鎳磷合金鍍液的載重胎模具表面化學鍍方法，包括在施鍍處理階段之前的前處理階段、以及在施鍍處理階段之後的後處理階段，其特徵在於: 所述的施鍍處理階段，是在80-99°C溫度下，將鑄鋼材料的載重胎模具完全地浸入鎳磷合金鍍液中； 其中，裝載比為0.6-1.2dm2/L，控制施鍍過程中的鎳磷合金鍍液PH值始終在4.2至4.8之間，根據目標鍍層厚度結合0.012-0.02毫米/小時的施鍍速度來控制所需的施鍍時間。
4.根據權利要求3所述的載重胎模具表面化學鍍方法，其特徵在於:在施鍍處理階段中，通過添加氨水以控制鎳磷合金鍍液的PH值穩定在4.2至4.8之間。
5.根據權利要求3或4所述的載重胎模具表面化學鍍方法，其特徵在於:所述的前處理階段包括有以下操作步驟， 打磨試片，通過通用打磨裝置對模具表面進行打磨處理； 至少一次鹼洗除油，在50-70°C下的鹼液中浸泡模具以除油處理3-8分鐘； 至少一次酸洗除鏽，在常溫下採用酸液浸泡模具以除鏽處理1-5分鐘； 至少一次酸洗活化，在常溫下採用弱酸酸液進行衝洗並活化10-40秒鐘； 在上述步驟之間的數次水洗處理，每一次水洗處理包括至少一個水洗步驟。
6.根據權利要求5所述的載重胎模具表面化學鍍方法，其特徵在於:所述的前處理階段包括有以下操作步驟， 打磨試片，通過通用打磨裝置對模具表面進行打磨處理； 一次鹼洗除油，在65°C的鹼液中浸泡模具以除油處理5分鐘； 第一次水洗，對載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗； 一次酸洗除鏽，在常溫下用1:1的鹽酸浸泡模具以除鏽處理I分鐘； 第二次水洗，對經酸洗除鏽的載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗； 一次酸洗活化，在常溫下用5%的硫酸酸洗活化20秒鐘； 第三次水洗，對經酸洗活化的載重胎模具依次進行自來水水洗和蒸餾水水洗。
7.根據權利要求3或4所述的載重胎模具表面化學鍍方法，其特徵在於:所述的後處理階段，是將施鍍結束的模具進行至少一個水洗的階段、以及吹乾處理。
8.根據權利要求3或4所述的 載重胎模具表面化學鍍方法，其特徵在於:在施鍍處理階段中使用的鎳磷合金鍍液，其配比順序是先將硫酸鎳粉末添加到水中並混合均勻、停放靜止;然後依次地添加檸檬 酸鈉、次亞磷酸納、乙酸鈉與硫脲，每次添加後均需混合均勻、停放靜止。
【文檔編號】C23C18/36GK103805974SQ201210484565
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月15日 優先權日:2012年11月15日
【發明者】劉英傑, 胡海明, 郭建章 申請人:青島軟控精工有限公司