專利名稱:超塑性鋅-鋁合金工件化學(xué)鍍鎳工藝的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于超塑性鋅-鋁合金工件表面硬化處理。
利用超塑性鋅-鋁合金的高延伸率與低流變阻力的特性，可將其制成各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。但是，超塑性鋅-鋁合金工件硬度低(HV≤100kg/mm2)不耐磨損，必須通過(guò)表面硬化處理提高其硬度，方能得到廣泛應(yīng)用。日本金子富士男等人(1)報(bào)導(dǎo)過(guò)在鋅-鋁合金上化學(xué)鍍鎳的實(shí)驗(yàn)，他是通過(guò)合金試片在磷酸溶液中浸漬、用研磨布拋光，焦磷酸銅溶液置換鍍銅，鍍銅層在硝酸銀活化液中活化處理，然后進(jìn)行堿性化學(xué)鍍鎳。我們實(shí)驗(yàn)證明，上述工藝尚存不足之處1、用研磨布對(duì)外形復(fù)雜的鍍件進(jìn)行拋光是很難的。另外，置換銅層在表面易產(chǎn)生沉淀，影響了化學(xué)鍍層的質(zhì)量。我們認(rèn)為焦磷酸銅溶液置換銅的予鍍其結(jié)合力不如采用氰化鍍銅工藝。但后者伴隨著大量劇毒物質(zhì)排放而污染環(huán)境。2、在銅上用硝酸銀或氯化鈀進(jìn)行活化才能在銅層上化學(xué)鍍鎳，而活化過(guò)程殘存微量的活化劑會(huì)沾污化學(xué)鍍液，會(huì)使鍍液很快就分解失效，本來(lái)活化用的貴金屬鹽價(jià)格就很昂貴，加之鍍液不能連續(xù)使用，必然會(huì)使成本增加。3、活化后在堿性化學(xué)鍍鎳中施鍍，其鍍層磷含量很少(2)～(4)，而加熱后鍍層的耐磨性及硬度是隨著磷含量的增加而提高的(5)。4、采用上述工藝其鍍層的結(jié)合力及耐蝕性能較差，經(jīng)大氣暴露一段時(shí)間后鍍層變色并剝落。(1)本發(fā)明的目的是為超塑性鋅-鋁合金工件提供一種化學(xué)鍍鎳表面硬化工藝，該工藝可改善工件的磨損性能，而且鍍層與基體有良好的結(jié)合力，鍍件表面硬度可達(dá)到HV≥600kg/mm2。
本發(fā)明的主要特征是不需要通過(guò)貴金屬活化處理，予電鍍鎳后，直接化學(xué)鍍鎳，形成一個(gè)在鎳上化學(xué)鍍鎳的自催化過(guò)程，使化學(xué)鍍能順利進(jìn)行，發(fā)明組成如下1、表面前處理工件經(jīng)除油及水沖洗后，在1～2.5大氣壓下采用100～300μm的砂粒對(duì)工件表面均勻噴砂，這樣可以產(chǎn)生一個(gè)具有鎖合作用的咬蝕結(jié)點(diǎn)，從而使予鍍鎳層能與基體有良好的結(jié)合。同時(shí)可以除去超塑性成型時(shí)未清洗凈的油污及氧化皮，否則予鍍鎳層將起泡剝落。表面前處理時(shí)要合理的選擇壓力和噴砂粒度，因?yàn)轱L(fēng)壓及砂粒太大都能損傷工件的表面，從而影響鍍層的表面粗糙度。
2 浸蝕水洗后在0.5～2%的稀硫酸中，溫度為15～30℃將工件浸蝕0.1～0.5分鐘，然后用冷水漂洗，這樣可去掉工件表面的氧化物灰，使其有一個(gè)活性的表面，為予鍍鎳的沉積提供了有利的條件。
3、予電鍍鎳先采用大電流沖鍍，電流密度為2～6A/dm2，時(shí)間3～7分鐘，然后降到電流密度為0.5～2A/dm2進(jìn)行電鍍，電鍍時(shí)間為5～15分鐘，鍍液溫度為45～65℃，PH為7～8，電鍍液組成為硫酸鎳 0.35～0.70 克分子/升檸檬酸鈉 0.40～0.80 克分子/升硼酸 0.30～0.70 克分子/升氯化鈉 0.20～0.50 克分子/升采用大電流沖鍍可使鎳在鋅-鋁合金表面沉積時(shí)成核速度超過(guò)晶粒長(zhǎng)大速度，從而可得到致密的細(xì)晶鍍鎳層，在這樣的工件表面上再采用小電流的電鍍則會(huì)使鎳在已成核的晶粒上長(zhǎng)大。電流密度小不利于在復(fù)雜形狀的工件成核，但過(guò)大電流的長(zhǎng)時(shí)間沖鍍會(huì)引起工件表面的過(guò)熱發(fā)黑，因此沖鍍時(shí)間的控制也是很重要的。另外，沖鍍后的電鍍時(shí)間更為重要，電鍍時(shí)間短，予鍍層薄，化學(xué)鍍時(shí)鍍液就會(huì)滲過(guò)予鍍層腐蝕鋅-鋁合金的基體，予鍍時(shí)間長(zhǎng)，鍍層過(guò)厚既不經(jīng)濟(jì)也會(huì)使鍍層增加應(yīng)力，從而也影響到鍍層同基體的結(jié)合力。
4、工件經(jīng)水沖洗后，即可投入化學(xué)鍍液中施鍍，其溫度80～90℃，PH為4.5～5，沉積速度為20～25μm/小時(shí)，化學(xué)鍍液組成如下硫酸鎳 0.07～0.12 克分子/升醋酸鈉 0.10～0.20 克分子/升次亞磷酸鈉 0.15～0.23 克分子/升F-7增速劑 10～32 克/升(其主要成份為丁二酸、氨基乙酸、乳酸混合物)當(dāng)化學(xué)鍍液在PH為4.5～5時(shí)，保證了鍍層的磷含量≈7%，從而提高了鍍層的硬度及耐磨耐蝕性，其顯微硬度HV≥600kg/mm2加入F-7增速劑(其主要成份為丁二酸、氨基乙酸、乳酸混合物)在所選擇的溫度下施鍍，獲得了較高的沉積速度20～25μm/小時(shí)。采用上述所鍍的鋅-鋁合金的工件在160℃加熱2～3小時(shí)不起皮剝落，耐硫酸、醋酸及強(qiáng)酸的腐蝕，在大氣中長(zhǎng)期暴露不變色。整個(gè)工藝過(guò)程穩(wěn)定，鍍液可連續(xù)使用。無(wú)劇毒物質(zhì)排放，不污染環(huán)境，適合工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
實(shí)施例1紡織工業(yè)用超塑性鋅-鋁合金紡紗槽筒、落筒。
1、將除油后的槽筒、落筒清洗干凈進(jìn)行噴砂。砂粒200μm風(fēng)壓1.5大氣壓。
2、裝上專用電極桿置于1%的硫酸中浸15秒溫度為30℃。
3、予電鍍鎳，鍍液溫度為65℃，沖鍍電流為4.5A/dm2，沖鍍時(shí)間7分鐘，然后降至1.3A/dm2繼續(xù)電鍍7分鐘，鍍液PH為7.5，鍍液組成硫酸鎳 0.4 克分子/升硼酸 0.35 克分子/升檸檬酸鈉 0.5 克分子/升氯化鈉 0.3 克分子/升4、鍍后清洗干凈，置于化學(xué)鍍鎳浴中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，時(shí)間1小時(shí)，溫度88℃，PH為5，化學(xué)鍍?cè)〗M成如下硫酸鎳 0.1 克分子/升次亞磷酸鈉 0.2 克分子/升醋酸鈉 0.13 克分子/升F-7增速劑 20 克/升(其主要成份為丁二酸、氨基乙酸、乳酸混合物)鍍畢將槽筒置于160℃處理2小時(shí)，鍍層不剝落，不起皮，鍍層硬度HV≥600kg/mm2，厚度25μm。
實(shí)施例2塑料工業(yè)用超塑性鋅-鋁合金注塑模具1、將模具去除油污清洗干凈進(jìn)行噴砂，砂粒度約100μm，風(fēng)壓為2個(gè)大氣壓。
2、將噴砂處理后的模具置于1%的稀硫酸中浸15秒。
3、予電鍍鎳，先沖鍍5分鐘，電流密度2A/dm2，然后降到1A/dm2，電鍍10分鐘，電鍍液成份如下硫酸鎳 0.35 克分子/升檸檬酸鈉 0.40 克分子/升硼酸 0.30 克分子/升氯化鈉 0.20 克分子/升PH 7.2溫度(℃) 604、化學(xué)鍍，與實(shí)施1同樣。不同處在于把PH值調(diào)到4.5，化學(xué)鍍2小時(shí)，溫度為86℃，鍍畢在180℃加熱4小時(shí)，鍍層結(jié)合良好，無(wú)剝落現(xiàn)象。
實(shí)施例3機(jī)加工用超塑性鋅-鋁合金沖裁?；瘜W(xué)鍍工藝與實(shí)施例2相同。
參考資料(1)、日本 金屬表面技術(shù)超塑性鋅-鋁共析合金的化學(xué)鍍鎳金子·富士男社團(tuán)法人 金屬表面技術(shù)協(xié)會(huì)VOL 32 89(1981)(2)、美國(guó) PlatingAn Qutline of the chemistry involes in theProcess of catalytic Nickel depositionfrom aqueous solution.G.GutzeitJOURNAL OF AMERTCAN ELECTROPLATERS′SOCIETY47、63(1960)(3)、英國(guó) TRNASACTIONS OF THEINSTITUTE OF METAL FINISHINGThe plating rates and physical propertiesof electroless Nickel/Phosphorus alloydeposits.C.Baldwin and T.E.SuchINCORPORATING ELECTRODEPOSITORS TECHNICALSOCIETY VOL 46 Part 2 P73 1968(4)、美國(guó) PlatingResidual stresses in Electroless NickelPlating K.Parkes and H.shahJOURNAL OF AMERICAN ELECTROPLATERS′SOCIETYVOL 58 NO3 P230 1971 MARCH(5)、美國(guó) PlatingElectroless Nickel depokited at controlled PH;mechanical properies as a function of Phosphous content J-P·Randin and H·E·Hintermann VOL54 NO·5 523(1967)MAY
權(quán)利要求
1.一種超塑性鋅-鋁合金工件的化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于它由下列工序組成(1)采用噴砂和稀硫酸浸蝕所作的前處理；(2)予電鍍鎳；(3)以下述鍍液進(jìn)行的化學(xué)鍍鎳硫酸鎳 0.07～0.1 克分子/升醋酸鈉 0.1～0.2 克分子/升次亞磷酸鈉 0.15～0.23 克分子/升F-7增速劑 0.16～0.30 克分子/升(其主要成份為丁二酸、氨基乙酸、乳酸混合物)
2.按照權(quán)利要求
1所述的化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于前處理中所采用噴砂粒度為100～300μm，風(fēng)壓為1～2.5大氣壓。浸蝕用的稀硫酸百分比濃度為0.5～2%，溫度為15～30℃，浸蝕時(shí)間為0.1～0.5分鐘。
3.按照權(quán)利要求
1所述的化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于予電鍍鎳的鍍液為硫酸鎳 0.35～0.70 克分子/升硼酸 0.30～0.70 克分子/升檸檬酸鈉 0.40～0.80 克分子/升氯化鈉 0.20～0.50 克分子/升
4.按照權(quán)利要求
3所述的化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于予電鍍鎳時(shí)先采用電流密度為2～6A/dm2沖鍍，沖鍍時(shí)間為3～7分鐘。沖鍍后采用0.5～2A/dm2的電流進(jìn)行電鍍，電鍍時(shí)間為5～15分鐘。鍍液溫度45～65℃，PH為7～8。
5.按權(quán)利要求
1所述的化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于化學(xué)鍍液的PH為4～5，鍍液的溫度為80～90℃。
專利摘要
一種超塑性鋅-鋁合金工件化學(xué)鍍鎳工藝。該工藝可用于鋅-鋁制成的各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的表面硬化處理，以改善工件的磨損性能，其鍍層與基體有良好的結(jié)合力，鍍件表面硬度可達(dá)到Hv≥600kg/mm
文檔編號(hào)C23C18/36GK85100657SQ85100657
公開日1986年7月23日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者王繼蔭, 單國(guó)友 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬腐蝕和防護(hù)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan