一種金屬件的製作方法

2023-05-01 20:17:46 1

專利名稱：一種金屬件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種金屬件，尤其是一種耐磨金屬件。
背景技術：
目前，金屬材料(如不鏽鋼等)在機械領域發揮著重要作用，其應用也越來越廣泛。但影響大多數金屬材料使用的一種重要問題就是金屬材料在使用過程中的腐蝕問題。[0003] 由於金屬材料的腐蝕通常是先在其表面發生。所以，為了提高金屬材料的耐腐蝕性能，通常在金屬材料表面形成耐腐蝕性鍍層。由於鎳_磷鍍層具有良好的耐腐蝕性，並且製備工藝簡單，長期以來受到工業界的極大關注，已在機械、電子、儀器儀表、輕工、交通運輸等產業中得到廣泛應用。 在金屬材料表面形成鎳_磷鍍層後，能明顯提高其耐腐蝕性能。但是，在一些情況下，如兩金屬材料表面相互接觸並存在較大壓力時，需要金屬材料表面具有良好的耐磨性能和自潤滑性能，所以在金屬材料表面形成耐磨鍍層，如摻雜有自潤滑顆粒(如聚四氟乙烯、二硫化鉬或石墨)的鎳-磷鍍層的研究受到極大關注。在金屬材料表面形成摻雜有自潤滑顆粒(如聚四氟乙烯、二硫化鉬或石墨)的鎳-磷鍍層後雖然能提高金屬材料的耐腐蝕性、耐磨性能和自潤滑性能，但是該摻雜有自潤滑顆粒的鎳_磷鍍層在金屬材料表面的附著力下降，從而影響了該鍍層的實際使用。

實用新型內容為了解決現有技術中金屬材料表面的耐磨鍍層附著力低的問題，本實用新型提供了一種金屬件，該耐磨複合鍍層形成於金屬基材表面，具有良好的耐腐蝕性能、耐磨性能和自潤滑性能。 本實用新型公開的金屬件包括金屬基材及位於金屬基材表面的耐磨複合鍍層，該耐磨複合鍍層包括依次層疊的過渡層和耐磨層，過渡層位於金屬基材表面；其中，所述過渡層為鎳_磷鍍層，所述耐磨層為鎳_磷自潤滑鍍層。 本實用新型通過在金屬基材和作為耐磨層的鎳_磷自潤滑鍍層之間設置鎳_磷鍍層作為過渡層，藉助鎳_磷鍍層能在金屬基材上良好附著，同時與鎳_磷自潤滑鍍層能形成優異結合力的作用，提高鎳-磷自潤滑鍍層在金屬基材上的附著力，從而得到具有良好的耐腐蝕性能、耐磨性能和自潤滑性能的鍍層。

圖1是現有技術提供的金屬件的截面示意圖；[0009] 圖2是本實用新型提供的金屬件的截面示意圖； 其中，附圖標記1、金屬材料；2、耐磨鍍層；3、金屬基材；4、過渡層；5、耐磨層。
具體實施方式
為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。 本實用新型公開了一種金屬件，包括金屬基材及位於金屬基材表面的耐磨複合鍍層，該耐磨複合鍍層包括依次層疊的過渡層和耐磨層，過渡層位於金屬基材表面；其中，所述過渡層為鎳_磷鍍層，所述耐磨層為鎳_磷自潤滑鍍層。 根據本實用新型，所述金屬基材可以選用常用的各種金屬基材，優選情況下，所述金屬基材選自不鏽鋼、鎂合金、鋁合金中的一種；進一步優選為不鏽鋼。 所述鎳-磷自潤滑鍍層可採用現有技術中的各種鎳_磷自潤滑鍍層，如鎳_磷_ 二硫化鉬自潤滑鍍層、鎳_磷_聚四氟乙烯自潤滑鍍層、鎳_磷_石墨自潤滑鍍層、鎳_磷_聚醚醚酮自潤滑鍍層、鎳_磷_碳化矽自潤滑鍍層中的一種。優選情況下，所述鎳_磷自潤滑鍍層為鎳_磷_ 二硫化鉬自潤滑鍍層。 根據本實用新型，所述鎳-磷自潤滑鍍層厚度為5-20um，優選為12-15um。[0016] 進一步的，作為過渡層，所述鎳-磷鍍層厚度為20-40um，優選為25_35咖。[0017] 根據本實用新型公開的金屬件中，作為過渡層的鎳-磷鍍層及作為耐磨層的鎳_磷自潤滑鍍層均可通過本領域常用的手段進行製備。如鎳_磷鍍層可通過如下方法進行製備採用鎳_磷化學鍍在金屬基材表面形成鎳_磷鍍層。採用的鎳_磷鍍液可以為現有技術中常用的鎳_磷鍍液，優選情況下，上述鎳_磷化學鍍鍍液含有主鹽和複合絡合劑、複合緩衝劑、複合穩定劑，其中，主鹽含有硫酸鎳、次磷酸鈉，複合絡合劑含有乙二胺四乙酸鈉、檸檬酸、乳酸、蘋果酸、丁二酸，複合緩衝劑含有硼酸、醋酸鈉，複合穩定劑含有硫氰酸鈉、鉬酸銨、硝酸鉛。其中，硫酸鎳10-30g/L、次磷酸鈉15-30g/L、乙二胺四乙酸鈉1-10g/L、檸檬酸
l-20g/L、乳酸5-20g/L、蘋果酸l-15g/L、丁二酸10-30g/L、硼酸5-20g/L、醋酸鈉10-40g/L、
硫氰酸鈉0. 01-0. 05g/L、鉬酸銨0. 001-0. 005g/L、硝酸鉛0. 001-0. 006g/L。 進行鎳-磷化學鍍的工藝可以採用現有的各種條件，如調節鍍液的ra為4. 5-5，
在86-9(TC的溫度下進行化學鍍，化學鍍的時間為1.5-3h。通過控制化學鍍的工藝條件控
制鎳-磷鍍層的厚度。 將金屬基材置於上述鎳_磷化學鍍鍍液中在上述溫度下進行化學鍍處理即可在金屬基材表面形成作為過渡層的鎳_磷鍍層。 根據本實用新型，作為耐磨層的鎳-磷自潤滑鍍層同樣可通過本領域常用的化學鍍進行製備。進行化學鍍所採用的鍍液具有如下配方主鹽、固體潤滑劑、複合絡合劑、複合穩定劑、表面活性劑和加速劑。 其中，主鹽配方為硫酸鎳20-30g/L、次磷酸鈉15-25g/L、檸檬酸三鈉10-15g/L。[0023] 固體潤滑劑可以採用粉末狀的二硫化鉬、聚四氟乙烯、石墨、聚醚醚酮、碳化矽中的一種。固體潤滑劑粒徑為2-5um，含量為6-10g/L。 上述鎳-磷自潤滑鍍液中的複合絡合劑含有乙酸鈉5-10g/L、甘氨酸1. 5-3g/L、羥基乙酸5-18g/L中的至少兩種。其中，必須含有乙酸鈉。複合絡合劑同鎳離子配合形成配體絡合物，可防止鍍液中形成亞磷酸鎳沉澱，提高鍍液使用效率。[0025] 上述鎳-磷自潤滑鍍液中的複合穩定劑含有咪唑l-6mg/L、硫代硫酸鈉20_30mg/ L、富馬酸30-50ml/L中的至少兩種。複合穩定劑可以改善鍍液的穩定性，提高鍍層質量。 上述鎳-磷自潤滑鍍液中的表面活性劑含有十二烷基苯磺酸鈉25-35mg/L和/或 十六烷基三甲基溴化銨50-60mg/L。 上述鎳-磷自潤滑鍍液中的加速劑含有碘化鉀l-2mg/L和/或氟化鈉3_5mg/L。 該加速劑可以提高鍍層的製備速率。 採用上述鎳-磷自潤滑鍍液進行化學鍍的條件包括在ra為4-5、溫度為80-90°C 的鎳-磷自潤滑鍍液中進行化學鍍，處理時間為l-3h。優選情況下，在進行化學鍍是採用 400-500r/min的轉速進行機械攪拌或者進行超聲波分散。 經過上述處理，即可在上述過渡層表面形成鎳_磷自潤滑鍍層，鎳_磷自潤滑鍍層 的厚度可通過控制化學鍍的條件進行控制。 通過上述方法製備得到的耐磨複合鍍層能在金屬基材表面良好的附著，同時具有 非常好的耐磨性能。 進一步的，在對金屬基材進行化學鍍形成過渡層之前，還包括對金屬基材進行前
處理，具體包括化學鹼液除油，然後水洗，再酸洗、水洗，接著進行酸洗活化，然後再水洗即
可。其中水洗步驟可以採用先用自來水洗，然後採用蒸餾水洗的方法進行。 其中，化學鹼液除油時除油液可採用如下組分矽酸鈉3-5g/L、氫氧化鈉20-30g/
L、磷酸三鈉30-40g/L、表面活性劑6-10g/L。化學鹼液除油必須去掉工件表面的油汙，工件
表面要求清潔。化學除油溫度可選擇在80-9(TC範圍內，清洗時間20-30min。 利用酸洗工藝清除掉鹼洗時不能去除的氧化物。酸洗液可選鹽酸，清洗時間為
5-10min。 為了增強鍍層與基體結合力，提高鍍層質量，需要在化學鍍之前對工件進行強酸 活化，活化液可採用鹽酸和硫酸的混合液，活化時間為l-3min。 為了進一步提高鎳_磷自潤滑鍍層的力學性能，還可以對形成的鎳_磷自潤滑鍍 層表面進行雷射晶化處理。該雷射晶化處理可採用現有的雷射晶化處理方法進行，如選擇 二氧化碳連續軸流雷射器對鍍層進行改性處理，為降低環境對雷射加工的影響，加工時需 要利用氬氣或其他類似的保護性氣體。光斑直徑0. 2-0. 3mm，掃描速度控制在0. 4_0. 6m/ min，雷射功率450-500W。 通過上述方法製備得到的金屬件表面具有良好的耐磨性能，並且各鍍層之間具有 良好的附著力。
以下結合附圖對本實用新型進行說明。 圖1示出了現有技術中的金屬件的截面。包括作為基體的金屬材料1以及作為防 護層的耐磨鍍層2，其中耐磨鍍層2為鎳-磷自潤滑鍍層。該鎳-磷自潤滑鍍層可採用現有 技術中的各種鎳_磷自潤滑鍍層，如鎳_磷_ 二硫化鉬自潤滑鍍層、鎳_磷_聚四氟乙烯自 潤滑鍍層、鎳_磷_石墨自潤滑鍍層、鎳_磷_聚醚醚酮自潤滑鍍層、鎳_磷_碳化矽自潤 滑鍍層中的一種。該金屬件表面具有良好的耐磨性能，但是由於耐磨鍍層2直接附著於金 屬材料1表面，其附著力較差，影響了該金屬件的使用。 圖2示出了本實用新型公開的金屬件的截面。包括作為基體的金屬基材3、位於 金屬基材3表面的過渡層4以及位於過渡層4表面的耐磨層5。該金屬基材3可以選用常用的各種金屬基材，如不鏽鋼、鎂合金、鋁合金中的一種。過渡層4為現有技術中的鎳-磷鍍層。耐磨層5為現有技術中的各種鎳_磷自潤滑鍍層，如鎳_磷_ 二硫化鉬自潤滑鍍層、鎳_磷_聚四氟乙烯自潤滑鍍層、鎳_磷_石墨自潤滑鍍層、鎳_磷_聚醚醚酮自潤滑鍍層、鎳_磷_碳化矽自潤滑鍍層中的一種。通常鎳_磷鍍層在金屬基材表面都具有良好的附著力。同時，鎳-磷自潤滑鍍層與鎳-磷鍍層具有良好的結合性能。在傳統的金屬基材3與作為耐磨層5的鎳-磷自潤滑鍍層之間設置一層鎳-磷鍍層作為過渡層4，能明顯改善金屬件中表面鍍層的附著力，同時其表面具有良好的耐磨性能。[0040] 下面通過實施例對本實用新型公開的金屬件進行進一步說明。[0041] 實施例1 取27g硫酸鎳、30g次磷酸鈉、10g乙二胺四乙酸鈉、1. lg檸檬酸、10g乳酸、3g蘋果酸、10g 丁二酸、14g硼酸、10g醋酸鈉、0. Ollg硫氰酸鈉、0. OOlg鉬酸銨、0. 005g硝酸鉛溶解
於水中，並定溶於iL，得到ra值為4.6的鎳-磷鍍液。 在86t:下將不鏽鋼基材浸沒於上述鎳_磷鍍液中2. 5h，在不鏽鋼基材表面形成28um厚的鎳-磷鍍層。 稱取硫酸鎳25g、次磷酸鈉25g、擰檬酸三鈉12g、二硫化鉬10g、乙酸鈉8g、甘氨酸2g、羥基乙酸12g、咪唑2g、硫代硫酸鈉25mg、富馬酸40mg、十二烷基苯磺酸鈉30mg、十六烷基三甲基溴化銨60mg、碘化鉀1. 5mg、氟化鈉3mg。稱量完成後混合，加入蒸餾水至1L。攪
拌均勻後通過滴入氫氧化鈉或者硫酸的稀溶液將ra調整至4. 8。等溫爐加熱鍍液溫度到
86°C ，機械攪拌400r/min，施鍍對間2. 5h，形成20um厚的鎳-磷自潤滑鍍層。得到金屬件。[0045] 實施例2 取27g硫酸鎳、30g次磷酸鈉、10g乙二胺四乙酸鈉、1. lg檸檬酸、10g乳酸、3g蘋果酸、10g 丁二酸、14g硼酸、10g醋酸鈉、0. Ollg硫氰酸鈉、0. OOlg鉬酸銨、0. 005g硝酸鉛溶解
於水中，並定溶於il，得到ra值為4. 6的鎳-磷鍍液。 在86t:下將不鏽鋼基材浸沒於上述鎳_磷鍍液中2. 5h，在鎂合金(鶴壁煤業(集團)有限責任公司生產的鎂合金AZ91D)基材表面形成32um厚的鎳-磷鍍層。[0048] 稱取硫酸鎳30g、次磷酸鈉20g、擰檬酸三鈉15g、二硫化鉬8g、乙酸鈉8g、甘氨酸3g、咪唑5g、硫代硫酸鈉30mg、富馬酸50mg、十二烷基苯磺酸鈉50mg、十六烷基三甲基溴化銨50mg、碘化鉀2mg、氟化鈉3mg。稱量完成後混合，加入蒸餾水至1L。攪拌均勻後通過滴入氫氧化鈉或者硫酸的稀溶液將ra調整至4. 6。等溫爐加熱鍍液溫度到90°C，機械攪拌450r/min。施鍍時間1. 5h。形成15um厚的鎳-磷自潤滑鍍層。選擇二氧化碳連續軸流雷射器對鎳-磷自潤滑鍍層進行晶化處理。在氮氣保護下，調節雷射光斑直徑O. 2mm，掃描速度控制在0. 5m/min，雷射功率500W進行處理，得到金屬件。 通過上述方法製備得到的金屬件表面具有良好的耐磨性能，並且各鍍層之間具有良好的附著力。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求一種金屬件，其特徵在於，包括金屬基材及位於金屬基材表面的耐磨複合鍍層，該耐磨複合鍍層包括依次層疊的過渡層和耐磨層，過渡層位於金屬基材表面；其中，所述過渡層為鎳-磷鍍層，所述耐磨層為鎳-磷自潤滑鍍層。
2. 根據權利要求1所述的金屬件，其特徵在於，所述金屬基材選自不鏽鋼、鎂合金、鋁 合金中的一種。
3. 根據權利要求1或2所述的金屬件，其特徵在於，所述金屬基材為不鏽鋼。
4. 根據權利要求1所述的金屬件，其特徵在於，所述鎳_磷自潤滑鍍層選自鎳_磷_ 二 硫化鉬自潤滑鍍層、鎳_磷_聚四氟乙烯自潤滑鍍層、鎳_磷_石墨自潤滑鍍層、鎳_磷_聚 醚醚酮自潤滑鍍層、鎳_磷_碳化矽自潤滑鍍層中的一種。
5. 根據權利要求1或4所述的金屬件，其特徵在於，所述鎳-磷自潤滑鍍層為 鎳_磷_ 二硫化鉬自潤滑鍍層。
6. 根據權利要求1所述的金屬件，其特徵在於，所述鎳_磷鍍層厚度為20-40um。
7. 根據權利要求1或6所述的金屬件，其特徵在於，所述鎳_磷鍍層厚度為25-35um。
8. 根據權利要求1所述的金屬件，其特徵在於，所述鎳-磷自潤滑鍍層厚度為5-20um。
9. 根據權利要求1或8所述的金屬件，其特徵在於，所述鎳_磷自潤滑鍍層厚度為 12-15咖。
專利摘要本實用新型提供了一種金屬件，包括金屬基材及位於金屬基材表面的耐磨複合鍍層，該耐磨複合鍍層包括依次層疊的過渡層和耐磨層，過渡層位於金屬基材表面；其中，所述過渡層為鎳-磷鍍層，所述耐磨層為鎳-磷自潤滑鍍層。該耐磨複合鍍層形成於金屬基材表面，具有良好的耐腐蝕性能、耐磨性能和自潤滑性能。
文檔編號B32B33/00GK201538067SQ200920204990
公開日2010年8月4日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者宋禮強, 張豫華, 陳大軍 申請人:比亞迪股份有限公司