一種鋅鎳合金的電鍍工藝的製作方法

2023-05-06 00:24:06 2

本發明涉及電鍍技術領域，尤其涉及一種鋅鎳合金的電鍍工藝。

背景技術：

隨著現代工業和科學技術的迅速發展，對材料表面的性能也提出了越來越高的質量要求，從而對防護鍍層的質量要求也越來越高。飛機高強度鋼的防護多採用松孔鍍鉻或鉻-鈦合金鍍層，以防止氫脆現象發生，並提高其耐腐蝕性能。但是鍍鉻在電鍍工藝中對環境汙染嚴重。

上世紀七十年代開始，日本和其他一些國家為了提髙鋼板的耐蝕性能，大量研究了鋼基體上電鍍鋅鎳合金的工藝。電鍍溶液多採用簡單鹽溶液，如硫酸鹽或氯化物，可以加入適量緩衝劑以維持穩定的pH值(如硼酸、醋酸、醋酸鹽、檸檬酸鹽等)，鍍液pH較低，使用溫度較高(40-60℃),這樣可以使用較高的電流密度(Dk＝5-50A/dm2),使生產效率大大提高。Atsuyoshi等人發表了在鋼帶上電鍍鋅鎳合金的專利，鍍層中鎳含量為13.2-13.8％。

鋅鎳合金電鍍液的類型主要有以下幾種：硫酸鹽型、氯化物型、硫酸鹽-氯化物型、焦磷酸鹽型、氰化物型、醋酸鹽型、氨基磺酸鹽型。其中，氰化物鍍液由於氰化物有劇毒，現在基本上已經不用了。焦磷酸鹽鍍液由於焦磷酸鹽的溶解度較小，容易分解，故而常常需要在較高的溫度下電鍍，該體系鍍液的pH值為8-10，它是鹼性溶液，鋅在該溶液中的自溶解速度較酸性溶液小，因此，鋅陽極溶解比較正常，這是焦磷酸鹽鍍液的優點。氨基磺酸鹽鏈液主要由硫酸鋅和氨基磺酸鎳組成，氨基磺酸鹽能降低鍍層的內應力，並且這種體系可以採用較大的陰極電流密度，所以可用來電鍍較厚的鋅-鎳合金鍍層。但是，氨基磺酸鹽價格較高，使其推廣受到限制。

技術實現要素：

本發明的目的在於提出一種鋅-鎳合金的電鍍工藝，能夠減少氫脆現象發生，並提高其耐腐蝕性能。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種鋅-鎳合金的電鍍工藝，其採用的鍍液組成為：氯化鋅90-110g/L，氯化鎳110-130g/L，氯化鉀140-160g/L，氯化銨80-100g/L，硼酸25-30g/L，十二烷基磺酸鈉0.03-0.06g/L，胡椒醛和OP-15混合物0.8-1.2g/L，胡椒醛與OP-15質量比為1:(3-5)，電鍍條件為：電流密度Dk 2A/dm2，溫度20-30℃，pH值為4.5-5.5。

本發明的電鍍工藝採用的鍍液中，氯化鋅和氯化鎳向電解液中提供鋅離子和鎳離子，通過改變電鍍槽液中的鎳、鋅離子的濃度比，可以控制鍍層中鋅和鎳的含量比。發明人發現，鍍層中鎳含量隨著氯化鎳的增加而增加，而當鍍液中氯化鋅含量增加時，鍍層中鎳含量降低。在其他含量範圍內，得到的鍍層不能滿足低氫脆性能的要求，只有將鍍液控制在氯化鋅90-110g/L，氯化鎳110-130g/L時，其才滿足氫脆性能。

pH值主要靠硼酸進行緩衝，pH值過高或過低，都會使含鎳量超出鍍層的最佳範圍。pH值太低，陰極氫大量析出，電流效率低，覆蓋能力下降，光亮度下降同時內應力增大，氫脆危險增加，並且鋅陽極自溶解速度加快，鍍液中Zn2+濃度增加，使鍍液成分不穩定。pH值太高，相液容易發生渾濁，造成鍍層毛刺和粗糙等弊病。因此，電鍍過程中必須嚴格控制鍍液的pH值。本發明的鍍液體系pH值調節在4.5～6.5，pH值在此範圍內，鍍層中鎳含量的變化很小。

溫度對鍍層組成的影響，是它對陰極極化、金屬離子在陰極擴散層中的濃度、陰極電流效率等綜合影響的結果。在鋅-鎳合金的共沉積中，鎳的沉積速度比鋅的沉積速度要慢，但隨著溫度的升高，反應速度加劇，鎳在Zn(OH)2膜中的擴散速度也加快，使得鍍層中的鎳含量隨溫度升高而增加。但是溫度較高時，電流密度增大，反而造成析氫嚴重，從而影響鍍層外觀和陰極電流效率。因此，為了得到滿意的鍍層，鍍液溫度應該控制在20-30℃。操作溫度在30℃時，鍍層中的鎳含量可以達到13.85％,此時鍍層表面細緻光亮，當溫度超過30℃時，鍍層鎳含量增加，鍍層外觀粗糙發暗，並且鍍層的耐腐蝕性能超出最佳範圍。

優選的，氯化鋅100g/L，氯化鎳120g/L。

優選的，操作溫度為30℃，電流密度Dk 2A/dm2。在該條件下，得到的鍍層鎳含量為13％左右，鍍層外觀細緻均勻，與基體結合力強，並且耐腐蝕性能好，氫脆性能符合ASTM標準。

本發明的電鍍工藝製備得到的鋅-鎳合金，通過缺口延遲拉伸試驗，其鍍層氫脆負載時間超過260小時，其氫脆性能完全符合航空工業標準。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

一種鋅-鎳合金的電鍍工藝，其採用的鍍液組成為：氯化鋅100g/L，氯化鎳120g/L，氯化鉀140g/L，氯化銨80g/L，硼酸25g/L，十二烷基磺酸鈉0.06g/L，胡椒醛和OP-15混合物1.2g/L，胡椒醛與OP-15質量比為1:4，電鍍條件為：電流密度Dk 2A/dm2，溫度30℃，pH值為5.5。

在該條件下，得到的鍍層鎳含量為13％左右，鍍層外觀細緻均勻，與基體結合力強，並且耐腐蝕性能好，氫脆性能符合ASTM標準。

實施例2

一種鋅-鎳合金的電鍍工藝，其採用的鍍液組成為：氯化鋅90g/L，氯化鎳110g/L，氯化鉀150g/L，氯化銨90g/L，硼酸28g/L，十二烷基磺酸鈉0.06g/L，胡椒醛和OP-15混合物1.1g/L，胡椒醛與OP-15質量比為1:3，電鍍條件為：電流密度Dk 2A/dm2，溫度20℃，pH值為4.5。

在該條件下，得到的鍍層鎳含量為13％左右，鍍層外觀細緻均勻，與基體結合力強，並且耐腐蝕性能好，氫脆性能符合ASTM標準。

實施例3

一種鋅-鎳合金的電鍍工藝，其採用的鍍液組成為：氯化鋅110g/L，氯化鎳130g/L，氯化鉀160g/L，氯化銨80g/L，硼酸30g/L，十二烷基磺酸鈉0.03g/L，胡椒醛和OP-15混合物0.8/L，胡椒醛與OP-15質量比為1:5，電鍍條件為：電流密度Dk 2A/dm2，溫度25℃，pH值為5.5。

在該條件下，得到的鍍層鎳含量為13％左右，鍍層外觀細緻均勻，與基體結合力強，並且耐腐蝕性能好，氫脆性能符合ASTM標準。