一種電鍍金屬緊固件及其電鍍工藝和氫脆的檢測方法

2023-05-24 06:46:16 1

專利名稱：一種電鍍金屬緊固件及其電鍍工藝和氫脆的檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種電鍍金屬緊固件及其電鍍工藝和氫脆的檢測方法。
背景技術：
金屬的鏽蝕是普遍存在的一個問題，要解決金屬的鏽蝕，目前最普遍的方法是採用表面鍍層的辦法。解決螺絲、螺柱等金屬緊固件鏽蝕的方法一般是採用在螺絲、螺柱等的表面鍍鋅的方法。直接在螺絲、螺柱等金屬緊固件的表面鍍鋅，容易產生氫脆。氫脆會導致鍍鋅螺絲、螺柱等金屬緊固件鎖付後經過一時間放置後或在鎖付後振動出現斷裂。氫脆是指螺絲、螺柱等金屬緊固件在電鍍鋅過程中螺絲、螺柱等金屬緊固件掛在陰極，電鍍時陰極上除沉積出鋅以外，同時還析出部分氫，其中有一部分氫會滲入螺絲、螺柱等金屬緊固件的晶格中，造成晶格歪扭，使螺絲、螺柱等金屬緊固件內應力增大，產生脆性而使螺絲、螺柱等金屬緊固件斷裂。對一些經過熱處理的高強度螺絲、螺柱等金屬緊固件，晶格組織粗大，氫脆敏感性增加。一般有兩種熱處理方法來改善鍍鋅螺絲、螺柱等金屬緊固件的氫脆現象第一種方法是降低熱處理時的強度，來降低螺絲、螺柱等金屬緊固件鍍鋅時本身對氫的敏感性；此方法常常會達不到螺絲、螺柱等金屬緊固件使用時的強度，度很難掌握。
第二種方法是在電鍍鋅時除氫工藝中必須把溫度控制在190-210℃的恆溫箱中退氫4小時。
而上述兩種方法全部符合要求也不能夠百分之百杜絕氫脆現象，只能在一定程度降低氫脆現象。
申請號為99127203.x的發明專利中公開了鋅、鎳合金鍍層可改善氫脆現象。但鋅、鎳同時電鍍，鎳層來不及完全把螺絲金屬基體表面覆蓋，同時電鍍過程中還會析出部分氫，其中仍有一部分氫會滲入螺絲、螺柱等金屬緊固件的晶格中，產生氫脆現象。因此鋅、鎳同時電鍍也不能夠百分之百杜絕氫脆現象，只能在一定程度降低氫脆現象。
申請號為200510060398.9的發明專利中公開了依次鍍鋅、鍍銅、鍍鎳、鍍鉻的電鍍工藝；申請號為03131729.4的發明專利中公開了依次電鍍鋅、鎳、銅的電鍍工藝。這兩個專利都是先鍍鋅，而在電鍍鋅過程中，均會產生氫脆現象，鍍完鋅後再來鍍鎳和銅，其中螺絲、螺柱等金屬緊固件的晶格中已滲入一部分氫，因此氫脆現象仍然存在。申請號為200510060398.9的發明專利中指出在鍍銅和鍍鎳工藝前先鍍鋅，是因為先鍍鋅，可減少鎳和銅等貴重金屬的用量和用水量，減少加工成本和對環境的汙染，而且對鏽的防護效果好、外觀美觀。但螺絲、螺柱等金屬緊固件，由於其單位面積承受的力、強度等要求特別高，外觀的美觀性相對來說要求不太高，因此現有的這種先鍍鋅、再鍍銅和鎳的電鍍方法，由於會產生較嚴重的氫脆現象，因此不太適合用來電鍍螺絲、螺柱等金屬緊固件。
現有技術中，還沒有氫脆的檢測方法。

發明內容
本發明的第一個目的是提供一種幾乎不存在氫脆現象的電鍍螺絲、螺柱等金屬緊固件。
本發明的第二個目的是提供一種幾乎不存在氫脆現象的電鍍螺絲、螺柱等金屬緊固件的電鍍工藝。
本發明的第三個目的是提供一種電鍍螺絲、螺柱等金屬緊固件的氫脆的檢測方法。
實現本發明的一種電鍍金屬緊固件，在金屬基體表面依次設有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層。先形成銅鍍層，再形成鎳鍍層，最後形成鋅鍍層，由於鍍銅時銅能更好地覆蓋金屬基體表面的晶格，然後再鍍鎳，鎳能進一步覆蓋金屬基體表面，在形成鋅鍍層時銅鍍層和鎳鍍層會把金屬緊固件的金屬基體表面完全覆蓋(鍍銅和鍍鎳不會析出氫所以不會產生氫脆)，使形成鋅鍍層時產生的氫無法進入金屬緊固件的金屬基體內破壞金屬緊固件內部的晶格組織，氫脆性接近於零。本發明銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層的形成可採用常規的電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅的方法形成。銅鍍層、鎳鍍層的厚度可較薄，能完全覆蓋金屬基體表面即可，從而可節約貴重金屬銅和鎳的用量。
作為上述方案的改進，銅鍍層的厚度為0.5-2um，鎳鍍層厚度為0.5-2um和鋅鍍層厚度為10-14um。銅鍍層、鎳鍍層的厚度薄，從而可節約貴重金屬銅和鎳的用量，鋅鍍層的厚度後，使之具有較好的防鏽效果。
實現本發明的一種電鍍金屬緊固件的電鍍工藝，電鍍工藝步驟依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅。先鍍銅，鍍銅時銅能更好地覆蓋金屬基體表面的晶格，然後再鍍鎳，鎳能進一步覆蓋金屬基體表面，經過鍍一層銅和一層鎳以後，銅鍍層層和鎳鍍層會把金屬緊固件的金屬基體表面完全覆蓋(鍍銅和鍍鎳不會析出氫所以不會產生氫脆)再經過鍍鋅後那一部分氫就無法進入金屬緊固件的金屬基體內使之破壞金屬緊固件內部的晶格組織。就像緊固件本身電鍍一層鎳一樣的效果，氫脆性接近於零。本發明的電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅工藝可採用常規的工藝。
作為改進，電鍍鎳工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉80-120mg/L、氯化鎳10-25mg/L、表面活性劑為10-30ml/L、電流密度為2-5A/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為60-80℃；電鍍鋅工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉70-150mg/L、氧化鋅20-48mg/L、乙二胺為20-48ml/L、三乙醇胺為10-70ml/L，電流密度為0.2-3.8A/dm2，陽極為不鏽鋼或純鋅板，溫度為12-38℃。本方案的鍍鎳工藝條件可將鎳鍍的很薄，可控制在0.5-2um範圍內，並且可使鍍鎳層可完全覆蓋金屬基體表面，防止在後序的鍍鋅工藝中產生的氫進入金屬基體的晶格組織內。本發明的鍍鋅工藝條件可使鍍出來的金屬緊固件防鏽效果好、表面外觀質量好。水為工業用水或蒸餾水。
作為進一步改進，表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉，在電鍍鎳時增加鎳離子的活性，利於鎳鍍層完全覆蓋金屬基體的晶格組織。
實現本發明的一種電鍍金屬緊固件的氫脆的檢測方法，在金屬緊固件的表面依次有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層，工藝步驟包括依次電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅，氫脆的檢測方法包括以下工藝步驟將金屬緊固件套入彈墊，並以金屬緊固件扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊；測試時金屬緊固件在零下5℃以下的溫度放置20～28小時後取出恢復至5℃以上，再把鐵板依豎立方式0.8～1.5米的高度自由下落，沒有斷頭就表示在電鍍過程中沒有產生氫脆現象，有斷頭就表示在電鍍過程中產生氫脆現象。
本檢測方法能夠簡單有效地檢測是否產生氫脆現象。
作為方法的改進，測試時金屬緊固件在冰箱裡零下5℃的溫度放置24小時後取出恢復至18℃～40℃，再把鐵板依豎立方式一米高度自由下落，從而使檢測更準確。
本發明電鍍金屬緊固件和電鍍工藝具有不產生氫脆的優點；本發明的氫脆的檢測方法能簡單有效的檢測在電鍍過程中是否產生氫脆。
具體實施例方式
實施例1一種電鍍金屬緊固件，在螺絲的金屬基體表面依次有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層。銅鍍層的厚度為0.5，鎳鍍層厚度為2um和鋅鍍層厚度為10um。
一種電鍍螺絲的電鍍工藝，工藝步驟依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅。電鍍鎳工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉80mg/L、氯化鎳10mg/L、十二烷基硫酸鈉為10ml/L、電流密度為2/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為60C；電鍍鋅工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉70/L、氧化鋅20mg/L、乙二胺為20ml/L、三乙醇胺為10ml/L，電流密度為0.2A/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為12℃。電鍍銅工藝的溶液組成與工藝條件為常規電鍍銅的工藝溶液與工藝條件。
氫脆的檢測方法將上述方法依次電鍍銅、鎳、鋅後的50個M12×50的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下5℃度放置24小時後取出恢復至22℃，再把鐵板依豎立方式一米高度自由下落，無一斷頭，說明在電鍍過程中沒有產生氫脆現象。
工藝條件相同，改變電鍍順序，先鍍鋅，再鍍鎳，最後鍍銅，取50個M12×50的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下5℃ 度放置24小時後取出恢復至22℃，再把鐵板依豎立方式一米高度自由下落，全部斷頭，說明在電鍍過程中產生氫脆現象。
實施例2一種電鍍金屬緊固件，在螺絲的金屬基體表面依次設有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層。銅鍍層的厚度為1.3um，鎳鍍層厚度為1.3um和鋅鍍層厚度為12um。
一種電鍍螺絲的電鍍工藝，工藝步驟依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅。電鍍鎳工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉100mg/L、氯化鎳18mg/L、十二烷基硫酸鈉為20ml/L、電流密度為4A/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為70℃；電鍍鋅工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉110mg/L、氧化鋅35mg/L、乙二胺為35ml/L、三乙醇胺為40ml/L，電流密度為2A/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為26℃。
氫脆的檢測方法將上述方法依次電鍍銅、鎳、鋅後的50個M8×70的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下5℃度放置24小時後取出恢復至22℃，再把鐵板依豎立方式一米高度自由下落，無一斷頭，說明在電鍍過程中沒有產生氫脆現象。
工藝條件相同，改變電鍍順序，先鍍鋅，再鍍鎳，最後鍍銅，取50個M8×70的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下5℃度放置24小時後取出恢復至22℃，再把鐵板依豎立方式一米高度自由下落，全部斷頭，說明在電鍍過程中產生氫脆現象。
實施例3一種電鍍金屬緊固件，在螺絲的金屬基體表面依次設有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層。銅鍍層的厚度為2um，鎳鍍層厚度為0.5um和鋅鍍層厚度為14um。
一種電鍍螺柱的電鍍工藝，工藝步驟依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅。電鍍鎳工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉120mg/L、氯化鎳25mg/L、十二烷基苯磺酸鈉為30ml/L、電流密度為5A/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為80℃；電鍍鋅工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉150mg/L、氧化鋅48mg/L、乙二胺為48ml/L、三乙醇胺為70ml/L，電流密度為3.8A/dm2，陽極為不鏽鋼或純鋅板，溫度為38℃。
氫脆的檢測方法將上述方法依次電鍍銅、鎳、鋅後的50個M4×30的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下5℃度放置24小時後取出恢復至22℃，再把鐵板依豎立方式一米高度自由下落，無一斷頭，說明在電鍍過程中沒有產生氫脆現象。
工藝條件相同，改變電鍍順序，先鍍鋅，再鍍銅，最後鍍鎳，取50個M4×30的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下5℃度放置24小時後取出恢復至22℃，再把鐵板依豎立方式一米高度自由下落，全部斷頭，說明在電鍍過程中產生氫脆現象。
實施例4一種電鍍金屬緊固件，在螺絲的金屬基體表面依次設有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層。銅鍍層的厚度為0.9um，鎳鍍層厚度為1um和鋅鍍層厚度為11um。
一種電鍍螺柱的電鍍工藝，工藝步驟依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅。電鍍鎳工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉110mg/L、氯化鎳15mg/L、十二烷基硫酸鈉為25ml/L、電流密度為3A/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為65℃；電鍍鋅工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉90mg/L、氧化鋅42mg/L、乙二胺為27ml/L、三乙醇胺為55ml/L，電流密度為1.2A/dm2，陽極為不鏽鋼或純鋅板，溫度為32℃。
氫脆的檢測方法將上述方法依次電鍍銅、鎳、鋅後的50個M6×30的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下7℃度放置204小時後取出恢復至40℃，再把鐵板依豎立方式1.5米的高度自由下落，無一斷頭，說明在電鍍過程中沒有產生氫脆現象。
工藝條件相同，改變電鍍順序，先鍍鋅，再鍍銅，最後鍍鎳，取50個M6×30的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下7℃度放置20小時後取出恢復至40℃，再把鐵板依豎立方式1.5米的高度自由下落，全部斷頭，說明在電鍍過程中產生氫脆現象。
實施例5一種電鍍金屬緊固件，在螺絲的金屬基體表面依次設有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層。銅鍍層的厚度為1.6um，鎳鍍層厚度為1.7um和鋅鍍層厚度為13um。
一種電鍍螺柱的電鍍工藝，工藝步驟依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅。電鍍鎳工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉90mg/L、氯化鎳22mg/L、十二烷基苯磺酸鈉為15ml/L、電流密度為4.5A/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為75℃；電鍍鋅工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉130mg/L、氧化鋅27mg/L、乙二胺為40ml/L、三乙醇胺為26ml/L，電流密度為3A/dm2，陽極為不鏽鋼或純鋅板，溫度為19℃。
氫脆的檢測方法將上述方法依次電鍍銅、鎳、鋅後的50個M10×60的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下7℃ 度放置28小時後取出恢復至18℃，再把鐵板依豎立方式0.8米的高度自由下落，無一斷頭，說明在電鍍過程中沒有產生氫脆現象。
工藝條件相同，改變電鍍順序，先鍍鋅，再鍍鎳，最後鍍銅，取50個M10×60的螺絲套入彈墊，並以螺絲扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲在冰箱裡零下7℃度放置28小時後取出恢復至18℃，再把鐵板依豎立方式0.8米的高度自由下落，全部斷頭，說明在電鍍過程中產生氫脆現象。
權利要求
1.一種電鍍金屬緊固件，其特徵在於在金屬緊固件的金屬基體表面依次設有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層。
2.如權利要求1所述的一種電鍍金屬緊固件，其特徵在於銅鍍層的厚度為0.5-2um，鎳鍍層厚度為0.5-2um和鋅鍍層厚度為10-14um。
3.一種電鍍金屬緊固件的電鍍工藝，其特徵在於電鍍工藝步驟依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅。
4.如權利要求3所述的一種電鍍金屬緊固件的電鍍工藝，其特徵在於電鍍鎳工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉80-120mg/L、氯化鎳10-25mg/L、表面活性劑為10-30ml/L、電流密度為2-5A/dm2，陽極為不鏽鋼，溫度為60-80℃；電鍍鋅工藝的溶液組成與工藝條件是氫氧化鈉70-150mg/L、氧化鋅20-48mg/L、乙二胺為20-48ml/L、三乙醇胺為10-70 ml/L，電流密度為0.2-3.8A/dm2，陽極為不鏽鋼或純鋅板，溫度為12-38℃。
5.如權利要求4所述的一種電鍍金屬緊固件的電鍍工藝，其特徵在於表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。
6.一種電鍍金屬緊固件的氫脆的檢測方法，其特徵在於在金屬緊固件的表面依次設有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層，工藝步驟依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅，氫脆的檢測方法包括以下工藝步驟將金屬緊固件套入彈墊，並以金屬緊固件扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊；測試時金屬緊固件在零下5℃以下的溫度放置20～28小時後取出恢復至5℃以上，再把鐵板依豎立方式0.8～1.5米的高度自由下落，沒有斷頭就表示在電鍍過程中沒有產生氫脆現象，有斷頭就表示在電鍍過程中產生氫脆現象。
7.如權利要求6所述的一種電鍍金屬緊固件的氫脆的檢測方法，其特徵在於測試時金屬緊固件在冰箱裡零下5℃的溫度放置24小時後取出恢復至18℃～40℃，再把鐵板依豎立方式一米高度自由下落。
全文摘要
一種電鍍金屬緊固件，在金屬基體表面依次設有銅鍍層、鎳鍍層和鋅鍍層；其電鍍工藝依次為電鍍銅、電鍍鎳和電鍍鋅工藝步驟；其氫脆的檢測方法包括以下工藝步驟將金屬緊固件套入彈墊，並以金屬緊固件扭力標準的2/3的扭矩旋入鐵板孔內，直至擰緊。測試時螺絲必須在冰箱裡零下5℃的溫度放置24小時後取出恢復至常溫，再把鐵板依豎立方式約一米高度自由下落，沒有斷頭就表示氫脆合格，有斷頭就是氫脆不合格。本發明電鍍金屬緊固件和電鍍工藝具有不產生氫脆的優點；本發明的氫脆的檢測方法能簡單有效的檢測在電鍍過程中是否產生氫脆。
文檔編號G01N3/00GK1995474SQ20061012417
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月12日 優先權日2006年12月12日
發明者楊東佐 申請人:楊東佐