一種低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法
2024-04-06 06:33:05 1
一種低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法，其特徵在於：電鍍鋅鎳合金塗層的工藝為：70-80g/L?ZnCl2、100-120g/L?NiCl2·6H2O、30-40g/LKCl、190-210g/L?NH4Cl、20-30g/L?H3BO3、0.5-1g/L?2-巰基苯並咪唑環己胺鹽、0.5-1g/L苯並咪唑、0.5-1g/L檸檬酸、0.5-1g/L草酸；電流密度1.5A/dm2～2.7A/dm2；溫度30～40℃；pH值5～6.5。所述方法能夠有效減少電鍍時對高強度鋼的滲氫，且獲得鋅鎳鍍層具有低氫脆性、優良防護性能。
【專利說明】一種低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬防護【技術領域】，具體是指一種低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法。
【背景技術】
[0002]鋼鐵製零件在空氣中很容易鏽蝕，因此零件加工後都需要進行防護，通常採用電鍍方式在鋼鐵製零件表面生成一薄層防護金屬層，如鋅層、鎘層、鋅鎳合金層等。
[0003]在電鍍過程中，除油工序、酸洗工序及電鍍工序都有氫原子生成，氫滲入到零件基體鋼鐵中造成晶格扭曲，易出現氫脆性斷裂造成質量故障。氫原子對抗拉強度較低(1050Mpa以下)的鋼沒有影響，但對抗拉強度大於1240MPa的鋼影響明顯，而且鋼的強度值越高，對氫越敏感。為了減小電鍍產生的氫對鋼鐵製零件的金屬基體影響，現有技術中通常採取陽極除油、弱腐蝕、嚴格控制電鍍過程參數等途徑來減少滲氫量，同時在電鍍防護金屬層後採用高溫烘烤也可以除去部分氫原子，如對鍍覆鋅鎳合金零件採取在高溫(220±10°C)烘烤除去一部分氫。但是，現有技術在對鍍覆鋅鎳合金零件高溫烘烤除氫操作中容易在鍍層表面發生氧化變色，使鍍層難於鈍化、抗蝕性能降低，達不到防護要求，因而使電鍍鋅鎳合金的應用受到了限制。
[0004]CN101994140A 一種高強度鋼電鍍鋅鎳合金除氫的方法，包括如下步驟:1)將鍍覆鋅鎳合金的高強度鋼零件依次用水清洗和用酒精浸泡；2)將經過清洗處理的零件置入真空爐中加熱處理，使鍍層表面氫原子溢出；3)將經過除氫處理的零件置於檸檬酸一硼酸混合水溶液中活化處理；4)對經過鍍層活化處理的零件再次進行鋅鎳合金電鍍；5)將經過復電鍍處理的零件置於鉻酐一氯化鈉混合水溶液中鈍化處理；6)將經過鈍化處理的零件用清水洗淨、吹乾，即可獲得符合要求的成品。利用該方法能有效去除電鍍鋅鎳合金過程中滲入基體金屬的氫，減少氫脆性的發生，而且可在合金鍍層表面生成防護性能優良的鈍化膜，同時，本發明工藝方法簡單、 生產成本低廉。
[0005]但是上述方法沒有考慮電鍍鋅鎳合金層時對基體滲氫的影響和電鍍得到的鋅鎳合金層本身的氫脆性能。鋅鎳合金層本身的氫脆性能過低容易導致鋅鎳合金層拉伸時容易斷裂影響其防護性能，而電鍍鋅鎳合金是對基體的滲氫也會影響基體的性能。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明的目的之一在於提供一種低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法。所述方法能夠有效減少電鍍時對高強度鋼的滲氫，且獲得鋅鎳鍍層具有低氫脆性、優良防護性能。
[0007]本發明對鋅鎳合金電鍍液的組分和電鍍工藝進行了大量研究，通過改變各組分的含量和添加劑的種類及電鍍參數從而實現了本發明。
[0008]為實現上述目的，本發明所設計的低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法，其特徵在於:電鍍鋅鎳合金塗層的工藝為:70-80g/L ZnC12、100-120g/LNiC12 ? 6H20、30_40g/LKCl、190-210g/L NH4Cl、20_30g/L H3B03.0.5-lg/L 2-巰基苯並咪唑環己胺鹽、0.5_lg/L苯並咪唑、0.5-lg/L檸檬酸、0.5-lg/L草酸；電流密度1.5A/dm2~2.7A/dm2 ;溫度30~400C ;pH 值 5 ~6.5。
[0009]本發明的一種低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法，主要包括如下步驟:
[0010]I)清洗:將經過鍍覆鋅鎳合金後的高強度鋼零件用10~45的水清洗I~2min，再將高強度鋼零件浸泡在酒精中3~5min ；
[0011]2)除氫:將經過清洗處理的高強度鋼零件置入真空爐中加熱，真空爐中壓力控制在1X10—4~lX10_3Pa、加熱溫度控制在220± 10，加熱時間控制在不低於8h，使鍍層表面的氫原子溢出；
[0012]3)鍍層活化:將經過除氫處理的高強度鋼零件置於檸檬酸-硼酸混合水溶液中活化10~25s，所述檸檬酸-硼酸混合水溶液中檸檬酸的濃度控制在60~80g/l，硼酸的濃度控制在20~40g/l ；
[0013]4)復電鍍:對經過鍍層活化處理的高強度鋼零件再次進行鋅鎳合金電鍍，電鍍時間控制在4~6min ；
[0014]5)鈍化:將經過復電鍍處理的高強度鋼零件置於鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鈍化30~60s，所述鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鉻酐的濃度控制在5~10g/l，氯化鈉的濃度控制在10~20g/l，溫度控制在50~55°C ;
[0015]6)乾燥:將經過鈍化處理的高強度鋼零件用清水洗淨、吹乾，獲得符合要求的成 品O
[0016]進一步地，所說的步驟2)中，對於抗拉強度在1050~1450MPa的高強度鋼零件，加熱時間控制在不低於8h ;對於抗拉強度在1450~1800MPa的高強度鋼零件，加熱時間控制在不低於18h ;對於抗拉強度在1800MPa以上的高強度鋼零件，加熱時間控制在不低於24h。由於抗拉強度越高的高強度鋼對氫越敏感，本發明針對抗拉強度越高的高強度鋼零件，採取的除氫時間越長，除氫效果相對越好。
[0017]再一步地，所說的步驟2)中，對於抗拉強度在1050~1450MPa的高強度鋼零件，加熱時間控制在8~18h ;對於抗拉強度在1450~1800MPa的高強度鋼零件，加熱時間控制在18~24h ;對於抗拉強度在1800MPa以上的高強度鋼零件，加熱時間控制在24~36h。這樣，除氫能達到理想的效果，而且還能節約能源，避免浪費。
[0018]更進一步地，所說的步驟3)中，檸檬酸-硼酸混合水溶液中檸檬酸的濃度控制在70g/l，硼酸的濃度控制在30g/l。選用這種濃度的混合水溶液對高強度鋼進行活化處理後的鍍層，更容易與復電鍍產生的新鍍層緊密結合，達到有利的保護效果。
[0019]本發明除氫的方法在清洗步驟中將高強度鋼零件浸泡在酒精中3~5min，用於除去零件表面附著的有機物雜質，有利於進行除氫處理以及後續操作的順利進行。除氫處理時,可以將乾燥零件放入真空爐,密封爐門，抽真空處理,真空爐中的壓力達到1X10_2~IXlO-3Pa時開始加溫，繼續抽真空處理，當壓力達到1X10—4~I X 10_3Pa、溫度達到220±10°C時開始計時。在此壓力範圍和220°C左右的溫度下氫原子較易溢出，從而有效達到除氫目的。並且，在真空環境中加熱，可以使鍍層表面的氧化層大幅減少。同時，針對不同抗拉強度的鋼產品，控制不同的除氫時間，當抗拉強度增大時，除氫時間相對延長，從而獲得較佳的效果。鍍層採用檸檬酸-硼酸混合水溶液活化處理10~25s，可以加強復鍍層與原鍍層的結合力。零件經復電鍍處理後，可在原鍍層表面生成新的鎳合金鍍層，新的鎳合金鍍層的金屬原子呈活化態，容易鈍化。經鈍化處理後，在合金鍍層上可生成緻密的鈍化膜層，從而大幅增強鍍層的抗蝕性能。
[0020]本發明除氫的方法通過清洗、除氫、鍍層活化、復電鍍及鈍化處理，能有效去除基體金屬在電鍍鋅鎳合金時所滲入的氫，減少氫脆性的發生，同時鍍層未發生氧化變色，經鈍化處理後可生成防護性能優良的鈍化膜，實現對高強度鋼零件的有效防護。同時，本發明工藝方法簡單、生產成本低廉，可拓寬電鍍鋅鎳合金的應用範圍。
[0021]本發明通過改變各組分的含量和添加劑的種類及電鍍參數有效減少電鍍時對高強度鋼的滲氫，且獲得鋅鎳鍍層具有低氫脆性、優良防護性能。
【具體實施方式】
[0022]為便於理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。
[0023]實施例1
[0024]採用抗拉強度為1050MPa的高強度鋼製備零件，對其進行鍍覆鋅鎳合金工藝處理，再按照如下步驟進行除氫操作:
[0025]I)清洗:將經過鍍覆鋅鎳合金後高強度鋼零件用45°C水清洗I~2min，將表面的殘留液洗淨，再將高強度鋼零件浸泡酒精中3min，用於除去表面附著的有機物雜質；
[0026]2)除氫:將清洗處理的高強度鋼零件採用真空除氫處理。將乾燥零件放入真空爐,密封爐門，抽真空處理,真空爐中的壓力達到I X 10_2Pa，開始加溫，繼續抽真空處理，當壓力達到lX10_3Pa，溫度達到210°C時開始計時，保持這一壓力和溫度8h ；
[0027]3)鍍層活化:將經除氫處理後的高強度鋼零件置於檸檬酸-硼酸混合水溶液中活化25s，所述檸檬酸-硼酸混合水`溶液中檸檬酸的濃度控制在60g/l，硼酸的濃度控制在20g/l ；
[0028]4)復電鍍:對經鍍層活化處理的高強度鋼零件再次進行鋅鎳合金電鍍，時間控制為 4min。電鍍鋅鎳合金塗層:70g/L ZnCl2、100g/L NiCl2 *6H20,30g/L KCl、190g/L NH4Cl'20g/L H3B03、0.5g/L 2-巰基苯並咪唑環己胺鹽、0.5g/L苯並咪唑、0.5g/L檸檬酸、0.5g/L草酸；電流密度1.5A/dm2 ;溫度300C ;pH值5。
[0029]5)鈍化:將經過復電鍍處理的高強度鋼零件置於鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鈍化60s，所述鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鉻酐的濃度控制在5g/l，氯化鈉的濃度控制在10g/l，溫度控制在50°C ；
[0030]6)乾燥:將經過鈍化處理的高強度鋼零件用清水洗淨、吹乾，獲得符合要求的成品。
[0031]對經過上述步驟處理後的零件，採用HB5067標準方法進行檢測氫脆性，加75%6 bH，試驗件在300h內未斷裂。試驗件按GB/T10125標準方法經中性鹽霧試驗，120h後觀察零件，零件表面未出現白色的腐蝕產物。
[0032]實施例2
[0033]採用抗拉強度為1500MPa的高強度鋼製備零件，對其進行鍍覆鋅鎳合金工藝處理，再按照如下步驟進行除氫操作:[0034]I)清洗:將經過鍍覆鋅鎳合金後高強度鋼零件用10°C水清洗2min，將表面的殘留液洗淨，再將高強度鋼零件浸泡酒精中4min，用於除去表面附著的有機物雜質；
[0035]2)除氫:將清洗處理的高強度鋼零件採用真空除氫處理。將乾燥零件放入真空爐,密封爐門，抽真空處理,真空爐中的壓力達到I X 10_2Pa，開始加溫，繼續抽真空處理，當壓力達到lX10_4Pa，溫度達到220°C時開始計時，保持這一壓力和溫度18h ；
[0036]3)鍍層活化:將經除氫處理後的高強度鋼零件置於檸檬酸-硼酸混合水溶液中活化20s，所述檸檬酸-硼酸混合水溶液中檸檬酸的濃度控制在70g/l，硼酸的濃度控制在30g/l ；
[0037]4)復電鍍:對經鍍層活化處理的高強度鋼零件再次進行鋅鎳合金電鍍，電鍍時間控制為5min。電鍍鋅鎳合金塗層的工藝為:80g/L ZnC12、120g/LNiC12.6H20、40g/LKCl、210g/L NH4Cl、30g/L H3B03、lg/L 2-巰基苯並咪唑環己胺鹽、lg/L苯並咪唑、lg/L檸檬酸、lg/L草酸；電流密度2.7A/dm2 ;溫度40°C ；pH值6.5。
[0038]5)鈍化:將經過復電鍍處理的高強度鋼零件置於鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鈍化30s，所述鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鉻酐的濃度控制在10g/l，氯化鈉的濃度控制在20g/I，溫度控制在55 °C ；
[0039]6)乾燥:將經過鈍化處理的高強度鋼零件用清水洗淨、吹乾，獲得符合要求的成
品O
[0040]對經過上述步驟處理後的零件，採用HB5067標準方法進行檢測氫脆性，加75%δ bH，試驗件在300h內未斷裂。試驗件按GB/T10125標準方法經中性鹽霧試驗，150h後觀察零件，零件表面未出現白色的腐蝕產物。
`[0041]實施例3
[0042]採用抗拉強度為1850MPa的高強度鋼製備零件，對其進行鍍覆鋅鎳合金工藝處理，再按照如下步驟進行除氫操作:
[0043]I)清洗:將經過鍍覆鋅鎳合金後高強度鋼零件用40°C水清洗lmin，將表面的殘留液洗淨，再將高強度鋼零件浸泡酒精中5min，用於除去表面附著的有機物雜質；
[0044]2)除氫:將清洗處理的高強度鋼零件採用真空除氫處理。將乾燥零件放入真空爐,密封爐門，抽真空處理,真空爐中的壓力達到I X 10_2Pa，開始加溫，繼續抽真空處理，當壓力達到5X 10_4Pa，溫度達到230°C時開始計時，保持這一壓力和溫度24h ；
[0045]3)鍍層活化:將經除氫處理後的高強度鋼零件置於檸檬酸-硼酸混合水溶液中活化10s，所述檸檬酸-硼酸混合水溶液中檸檬酸的濃度控制在80g/l，硼酸的濃度控制在40g/l ；
[0046]4)復電鍍:對經鍍層活化處理的高強度鋼零件再次進行鋅鎳合金電鍍，電鍍時間控制為6min。電鍍鋅鎳合金塗層的工藝為:75g/L ZnC12、110g/LNiC12.6H20、35g/LKCl、200g/L NH4Cl、25g/L H3B03、0.75g/L 2-巰基苯並咪唑環己胺鹽、0.75g/L苯並咪唑、
0.75g/L檸檬酸、0.75g/L草酸；電流密度2A/dm2 ;溫度35°C ；pH值6。
[0047]5)鈍化:將經過復電鍍處理的高強度鋼零件置於鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鈍化50s，所述鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鉻酐的濃度控制在8g/l，氯化鈉的濃度控制在15g/l，溫度控制在50°C ；
[0048]6)乾燥:將經過鈍化處理的高強度鋼零件用清水洗淨、吹乾，獲得符合要求的成品。
[0049]對經過上述步驟處理後的零件，採用HB5067標準方法進行檢測氫脆性，加75%6 bH，試驗件在300h內未斷裂。試驗件按GB/T10125標準方法經中性鹽霧試驗，120h後觀察零件，零件表面未出現白色的腐蝕產物。
[0050]實施例4
[0051]採用抗拉強度為1200MPa的高強度鋼製備零件，對其進行鍍覆鋅鎳合金工藝處理，再按照如下步驟進行除氫操作:
[0052]1)清洗:將經過鍍覆鋅鎳合金後高強度鋼零件用30°C水清洗2min，將表面的殘留液洗淨，再將高強度鋼零件浸泡酒精中3min，用於除去表面附著的有機物雜質；
[0053]2)除氫:將清洗處理的高強度鋼零件採用真空除氫處理。將乾燥零件放入真空爐,密封爐門，抽真空處理,真空爐中的壓力達到I X 10_2Pa，開始加溫，繼續抽真空處理，當壓力達到5X10_4Pa，溫度達到225°C時開始計時，保持這一壓力和溫度18h ；
[0054]3)鍍層活化:將經除氫處理後的高強度鋼零件置於檸檬酸-硼酸混合水溶液中活化15s，所述檸檬酸-硼酸混合水溶液中檸檬酸的濃度控制在65g/l，硼酸的濃度控制在35g/l ；
[0055]4)復電鍍:對經鍍層活化處理的高強度鋼零件再次進行鋅鎳合金電鍍，電鍍時間控制為5.5min。電鍍鋅鎳合金塗層的工藝為:75g/L ZnC12U10g/LNiC12 ?6H20,35g/LKCl,200g/L NH4Cl、25g/L H3B03、0.5g/L 2-巰基苯並咪唑環己胺鹽、0.5g/L 苯並咪唑、0.5g/L檸檬酸、0.5g/L草酸；電流密度1.5A/dm2 ;溫度30°C ;pH值5。
[0056]5)鈍化:將經過復電鍍處理的高強度鋼零件置於鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鈍化40s，所述鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鉻酐的濃度控制在8g/l，氯化鈉的濃度控制在15g/l，溫度控制在53 °C ；
[0057]6)乾燥:將經過鈍化處理的高強度鋼零件用清水洗淨、吹乾，獲得符合要求的成品。
[0058]對經過上述步驟處理後的零件，採用HB5067標準方法進行檢測氫脆性，加75%
6bH，試驗件在280h內未斷裂。試驗件按GB/T10125標準方法經中性鹽霧試驗，150h後觀察零件，零件表面未出現白色的腐蝕產物。
[0059]實施例5
[0060]採用抗拉強度為1650MPa的高強度鋼製備零件，對其進行鍍覆鋅鎳合金工藝處理，再按照如下步驟進行除氫操作:
[0061]1)清洗:將經過鍍覆鋅鎳合金後高強度鋼零件用20°C水清洗2min，將表面的殘留液洗淨，再將高強度鋼零件浸泡酒精中5min，用於除去表面附著的有機物雜質；
[0062]2)除氫:將清洗處理的高強度鋼零件採用真空除氫處理。將乾燥零件放入真空爐,密封爐門，抽真空處理,真空爐中的壓力達到I X 10_2Pa，開始加溫，繼續抽真空處理，當壓力達到6X 10_4Pa，溫度達到215°C時開始計時，保持這一壓力和溫度24h ；
[0063]3)鍍層活化:將經除氫處理後的高強度鋼零件置於檸檬酸-硼酸混合水溶液中活化20s，所述檸檬酸-硼酸混合水溶液中檸檬酸的濃度控制在65g/l，硼酸的濃度控制在30g/l ；
[0064]4)復電鍍:對經鍍層活化處理的高強度鋼零件再次進行鋅鎳合金電鍍，電鍍時間控制為5min。電鍍鋅鎳合金塗層的工藝為:75g/L ZnC12、110g/LNiC12.6H20、35g/LKCl、200g/L NH4Cl、25g/L H3B03、lg/L 2-巰基苯並咪唑環己胺鹽、lg/L苯並咪唑、lg/L檸檬酸、lg/L草酸；電流密度2.7A/dm2 ;溫度40°C ；pH值6.5。
[0065]5)鈍化:將經過復電鍍處理的高強度鋼零件置於鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鈍化50s，所述鉻酐-氯化鈉混合水溶液中鉻酐的濃度控制在9g/l，氯化鈉的濃度控制在18g/l，溫度控制在53 °C ；
[0066]6)乾燥:將經過鈍化處理的高強度鋼零件用清水洗淨、吹乾，獲得符合要求的成
品O
[0067]對經過上述步驟處理後的零件，採用HB5067標準方法進行檢測氫脆性，加75%δ bH，試驗件在280h內未斷裂。試驗件按GB/T10125標準方法經中性鹽霧試驗，150h後觀察零件，零件表面未出現白色的腐蝕產物。
[0068] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明並不局限於上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。`
【權利要求】
1.一種低氫脆性鋅鎳合金電鍍層的製備方法，其特徵在於:電鍍鋅鎳合金塗層的工藝為:70-80g/L ZnC12、100-120g/L NiC12.6H20、30_40g/LKCl、190_210g/L NH4Cl、20_30g/L H3B03、0.5-lg/L 2-巰基苯並咪唑環己胺鹽、0.5_lg/L苯並咪唑、0.5_lg/L檸檬酸、0.5-lg/L 草酸；電流密度 1.5A/dm2 ~2.7A/dm2 ;溫度 30 ~40°C ;pH 值 5 ~6.5。
2.根據權利要求1所述的方法，ZnC12為75g/L。
3.根據權利要求1所述的方法，NiC12.6H20為110g/L。
4.根據權利要求1所述的方法，KCl為35g/L。
5.根據權利要求1所述的方法，NH4C1為200g/L。
6.根據權利要求1所述的方法，H3B03為25g/L。
7.根據權利要求1所述的方法，2-巰基苯並咪唑環己胺鹽為0.75g/L。
8.根據權利要求1所述的方法，苯並咪唑為0.75g/L。
9.根據權利要求1所述的方法，檸檬酸為0.75g/L。
10.根 據權利要求1所述的方法，草酸為0.75g/L。
【文檔編號】C25D3/56GK103806038SQ201210451680
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優先權日:2012年11月12日
【發明者】劉茂見 申請人:無錫三洲冷軋矽鋼有限公司