專利名稱：一種用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面鍍層技術，具體為在鎂及其合金表面利用化學鍍鎳的方法沉積一層耐磨、耐蝕的Ni-P防護層。
化學鍍鎳是利用鍍液中的還原劑來還原鎳離子并沉積到基體表面的過程，自1945年化學鍍鎳工藝問世以來得以迅速發(fā)展的主要原因是鍍層具有優(yōu)異的耐蝕性、耐磨性和電磁性能。ASTM B480-68給出鎂合金化學鍍鎳主要有浸鋅和直接化學鍍兩種方法。浸鋅法是在含有焦磷酸鹽的鋅鹽溶液中浸鋅后，通過氰化物鍍銅打底，然后進行化學鍍。此工藝流程復雜、不適用于鋁含量較高的鎂合金，同時氰化物的使用安全和廢液處理等問題也急需解決。因此直接化學鍍鎳的方法受到重視。直接化學鍍鎳的工藝是先堿性除油，再進行鉻酸浸漬和氫氟酸活化處理，最后進行化學鍍鎳。但對于含鋁量較高的AZ91D鎂合金而言，由于金屬間化合物β相(Mg17Al12)沿晶界偏析，與基體鎂形成電偶，給施鍍造成障礙，很難得到良好耐蝕、耐磨效果的涂層。
本發(fā)明提供了一種用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法，包括前處理及化學鍍鎳過程，其特征在于前處理過程依堿洗、堿刻蝕、活化步驟順序進行，其中堿刻蝕溶液成分為堿金屬焦磷酸鹽40-60g/L、硝酸鹽10-20g/L、碳酸鹽10-20g/L，處理溫度60-80℃、時間為5-15min、中等攪拌；活化溶液成分為HF80-150ml/L、ZnO25-50g/L，在20-40℃的溫度下活化5-10min，中等攪拌。
本發(fā)明用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法中，關鍵在于前處理過程，化學鍍Ni-P可以采用較為常規(guī)的鍍液和方法，當然最好選用下述工藝(1)鍍液成分Ni(CH3COOH)2·4H2O或NiCO3.2Ni(OH)2·4H2O 15-30g/L或10-20g/LNaH2PO2·H2O 15-30g/LNH4HF210-20g/L
C6H8O7·H2O 5-15g/LNH4·H2O 20-30ml/LKIO3或硫尿 0.01-0.02g/L或0.001-0.002g/LCH3COONa 5-15g/L十二烷基苯磺酸鈉 0.01-0.025g/L(2)施鍍工藝條件為鍍液PH值在5.0-6.5之間，施鍍溫度80-90℃。
本發(fā)明用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法中，前處理過程中的堿洗是較常規(guī)的步驟，具體為堿液成分NaOH10-20g/L、Na2CO315-25g/L，在80-95℃溫度下清洗5-15min。
另外，本發(fā)明用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法中，堿洗后還可以在丙酮中超聲清洗5-10min。
由于鎂合金在含有Cl-和SO42-的溶液中腐蝕速度較快，鍍液中不應添加Cl-和SO42-，故本發(fā)明化學鍍鎳體系主鹽選擇Ni(CH3COO)2·4H2O，既可以控制基體的腐蝕、提高鍍液的壽命，又可以降低鍍層的內應力；還原劑選擇次亞磷酸鈉，價格低廉，鍍液容易控制；絡合劑選擇檸檬酸，pK值為6.9，絡合能力強，鍍層沿平行于基體的二維方向迅速生長，得到的鍍層平整、致密，孔隙率??；PH是影響鍍層質量的重要因素，它的變化影響鍍層的沉積速度、磷含量、應力分布和鍍液的穩(wěn)定性等，施鍍過程中需嚴格控制PH在6.0-6.5之間；溫度是對化學鍍鎳沉積速度影響最大的因素，溫度低，沉積速度慢，甚至不能施鍍，溫度高，鍍速快，鍍層含磷量下降，應力和孔隙率增加，影響鍍層的性能，因此施鍍溫度要適當且控溫均勻，保持在80-85℃，避免局部過熱。最佳工藝條件通過正交試驗確定。按照以上的工藝對鎂合金進行化學鍍鎳的沉積速率達10-25μm/h，磷含量達7-13wt.％，涂層與基體結合良好，結構致密、無明顯的表面缺陷，從組織結構上保證了涂層的耐蝕性。
本發(fā)明的優(yōu)點利用化學鍍鎳的方法解決了鎂合金的防蝕問題，前處理利用堿刻蝕而不是用鉻酸浸漬，鍍液成分用NH4HF2取代了HF有利于環(huán)保，且操作更加安全；利用HF+ZnO活化是浸鋅法和直接化學鍍鎳的結合，通過鋅的改性進一步提高了Ni-P鍍層的耐腐蝕性和與基體的結合力。
由于檸檬酸的絡合能力強，鍍層沿平行于基體的二維方向生長，鍍層平整、致密，故本發(fā)明絡合劑選擇檸檬酸。④穩(wěn)定劑的作用在于抑制鍍液的自發(fā)分解，使施鍍過程在控制下有序進行。目前化學鍍鎳中常用的穩(wěn)定劑可分為四類A第VIA元素S、Se、Te的化合物，如硫尿、硫氫酸鹽等。B某些含氧化合物，如IO3-、BrO3-、NO2-、MoO42-及H2O2等。C重金屬離子，如Pb2+、Sn2+、Sb3+及Ca2+、Zn2+、Bi3+等。D水溶性有機物如不飽和脂肪酸馬來酸、甲叉丁二酸等。
本發(fā)明選擇KIO3或硫尿作為穩(wěn)定劑。⑤緩沖劑作用是確保施鍍過程中鍍液的PH值不至于變化太大，能維持在一定PH范圍的正常值，本發(fā)明選擇醋酸鈉為緩沖劑。⑥表面活性劑有助于氣體(H2)的逸出，降低鍍層的孔隙率；另外，由于表面活性劑兼有發(fā)泡劑的作用，施鍍過程中在逸出氣體的攪拌下，鍍液表面形成一層白色的泡沫，它既可以保溫，降低鍍液的蒸發(fā)損失，還有助于贓物的清除，保持鍍液和鍍件的清潔?；瘜W鍍鎳中常用的表面活性劑是陰離子型表面活性劑，如十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉，本發(fā)明選擇十二烷基苯磺酸鈉。⑦PH是影響鍍層質量的重要因素，它的變化影響鍍層的沉積速度、磷含量、應力分布和鍍液的穩(wěn)定性等，鎂及其合金施鍍過程中需嚴格控制PH的范圍，一般在4.8-6.5之間。⑧溫度是對化學鍍鎳沉積速度影響最大的因素，溫度低，沉積速度慢，甚至不能施鍍，溫度高，鍍速快，鍍層含磷量下降，應力和孔隙率增加，影響鍍層的性能，因此施鍍溫度要適當且控溫均勻，保持在80-85℃，避免局部過熱。
實施例1、2、3選材均為鑄態(tài)AZ91D，樣品尺寸為15mm×10mm×3mm，用1000#水砂紙打磨以保證樣品具有相同的表面光潔度，然后進行丙酮超聲清洗→堿刻蝕→水洗→氫氟酸+ZnO活化→水洗→化學鍍鎳。三個實施例的前處理及施鍍條件見下表。三種條件下施鍍樣品的表面形貌利用掃描電鏡觀察如

圖1～3所示，表面平整，組織致密；耐腐蝕性能檢測利用動電位極化測試的方法，采用標準的三電極體系，樣品為工作電極、鉑片為輔助電極、飽和甘汞電極為參比電極，在濃度為3.5wt％的NaCl溶液中測試，與基體合金的試驗結果相對比表明本發(fā)明工藝對AZ91D鎂合金起到了理想的防蝕效果，開路電位大幅度提高，腐蝕的傾向性減小，腐蝕電流密度降低，如圖4～6所示。

權利要求
1.一種用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法，包括前處理及化學鍍鎳過程，其特征在于前處理過程依堿洗、堿刻蝕、活化步驟順序進行，其中堿刻蝕溶液成分為堿金屬焦磷酸鹽40-60g/L、硝酸鹽10-20g/L、碳酸鹽10-20g/L，處理溫度60-80℃、時間為5-15min、中等攪拌；活化溶液成分為HF80-150ml/L、ZnO25-50g/L，在20-40℃的溫度下活化5-10min，中等攪拌。
2.按照權利要求1所述用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法，其特征在于所述化學鍍鎳過程中(1)鍍液成分Ni(CH3COOH)2·4H2O或NiCO3.2Ni(OH)2·4H2O 15-30g/L或10-20g/LNaH2PO2·H2O 15-30g/LNH4HF210-20g/LC6H8O7·H2O 5-15g/LNH4·H2O20-30ml/LKIO3或硫尿 0.01-0.02g/L或0.001-0.002g/LCH3COONa 5-15g/L十二烷基苯磺酸鈉0.01-0.025g/L(2)施鍍工藝條件為鍍液PH值在5.0-6.5之間，施鍍溫度80-90℃。
3.按照權利要求1或2所述用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法，其特征在于前處理過程中的堿洗堿液成分為NaOH10-20g/L、Na2CO315-25g/L，在80-95℃溫度下清洗5-15min。
4.按照權利要求3所述用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法，其特征在于堿洗后在丙酮中超聲清洗5-10min。
全文摘要
一種用于鎂及其合金防蝕耐磨鍍層的制備方法，包括前處理及化學鍍鎳過程，其特征在于前處理過程依堿洗、堿刻蝕、活化步驟順序進行，其中堿刻蝕；溶液成分為堿金屬焦磷酸鹽40－60g/L、硝酸鹽10－20g/L、碳酸鹽10－20g/L，處理溫度60－80℃、時間為5－15min、中等攪拌；活化溶液成分為HF 80－150ml/L、ZnO 25－50g/L，在20－40℃的溫度下活化5－10min中等攪拌。本發(fā)明利用化學鍍鎳的方法解決了鎂合金的防蝕問題，前處理利用堿刻蝕而不是用鉻酸浸漬，鍍液成分用NH
文檔編號C23C18/32GK1434149SQ0210906
公開日2003年8月6日 申請日期2002年1月23日 優(yōu)先權日2002年1月23日
發(fā)明者王福會, 霍宏偉, 李瑛 申請人:中國科學院金屬研究所