專利名稱：一種鋅鎳合金納米多層膜電鍍方法
技術領域：
本發明涉及一種在鋼鐵零部件表面鍍覆鋅鎳合金納米多層膜的方法，屬鋼 鐵零部件及金屬材料表面處理技術領域。
背景技術：
腐蝕與防腐關系到經濟發展和人民生命安全，表面工程技術是解決機械零 部件及材料腐蝕與防護最經濟有效的手段和方法。隨著現代工業和科學技術的 飛速發展，對機械零部件和材料表面的性能要求越來越高，表面處理技術也隨 之有了迅速的發展。表面工程技術可以使用化學、物理或電化學方法來對零部 件或材料表面進行處理，使其表面形成各種防護層，提高零部件或材料的使用 壽命。合金復合表面沉積(電沉積或化學沉積)因其與單金屬表面沉積相比具 有較高的耐蝕性、硬度、致密性、耐磨性、耐高溫性、易焊性及漂亮的外觀， 而得到了廣泛的應用。
近年來，人們對研發納米多層膜給予了極大關注。在不斷完善電沉積納米
多層膜的基礎上，開發出了 Cu/M、 Co/Cu、 Co/Pt等性能較好的納米多層膜產 品及工藝，但多做為磁性能的研究，在鍍層耐蝕性能方面的研究鮮見報道。
鋅鎳合金鍍作為鋼鐵的防護性鍍層，得到了廣泛應用。為了滿足對零部件 或材料性能更高要求，國內外都加大了對Zn-Fe、 Zn-Ni、 Sn-Zn、 Zn-Co、 Zn-Mn、 Zn-Cr、 Zn-Ti、 Zn-Co-Cr、 Zn-Co-Fe、 Zn_Ni-P、 Zn-Fe-P等鋅基合金鍍的研究 與應用，其中鋅鎳合金多層膜因具有很好的耐蝕性，因此被眾多機構進行研究。
由于鋅鎳合金的沉積屬于異常共沉積，傳統的觀點認為當鋅鎳合金鍍層中 鎳含量達到13%時，鍍層的耐蝕性最好，所以常規的鋅鎳合金添加劑主要解決 的問題就是設法將異常共沉積的鋅鎳合金電解液，在施鍍時，控制鍍層中鎳含量在到13%附近，但是這樣的添加劑對于沉積多層膜是有害的。多層膜沉積要 求的是在不同的沉積電流下在同一鍍液中實現鍍層中鎳含量的改變，以達到在 交替脈沖時實現不同的含鎳層的迭加實現多層化，同時保證鍍層的外觀光潔平 整，具有一定的裝飾性'。鍍層耐蝕性較好，具有較高的硬度(相對于常規鋅鎳 合金鍍層而言)，耐磨性，且不需要鍍后處理工藝，節約成本，高效快捷，方便 操作。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種不需要鈍化處理就可獲得 高耐蝕性、耐磨性鍍層，工藝簡單、安全的鋼鐵零部件鋅鎳合金納米多層膜表 面電鍍方法，利用該方法既可獲得較高硬度、耐蝕性、耐磨性、耐高溫氧化性 能，又可獲得高致密性、裝飾性(外觀)、綜合性能優良的鋅鎳合金納米多層膜 鍍層。
本發明的技術內容為該表面鍍覆有鍍層的鋼鐵零部件，其鍍層為鋅鎳合 金納米多層膜鍍層，鍍層中以重量計低鎳層鎳含量為14%左右，高鎳層鎳含量
為78%左右。鍍層厚度及各元素含量根據實際需要在給定范圍內確定。
該鋼鐵零部件表面電鍍方法，包括在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨 水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并在對電 鍍液攪拌或靜置下進行電鍍的步驟，還包括在進行電解之后從電鍍液中取出所
述零部件進行水洗、烘干的步驟；所述電鍍液包含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、 作為導電鹽的NHX1、作為緩沖劑的H3B03，電鍍液組成為NiCl2.6H20 100 180g/L、 ZnCl2 20 80g/L、 NH4C1180 220g/L、 H3B03 20 40g/L、添加劑0. 5 5g/L;添加劑為平平加、糖精、十二烷基硫酸鈉等中的一種或幾種的任意組合。 鍍液的pH值為3 5，電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具體參數為控制平均電 流密度為0. 3A、第一個脈沖占空比為0. 01，工作時間20s，第二個脈沖的占空為0. 5，工作時間40s，反向脈沖輸出平均電流都是O. 2A，占空比均為0. 1，工作 時間10s;溫度為室溫。
各組成物的含量或選取等工藝參數及施鍍時間可根據實際所需鍍層厚度、 硬度、致密度等在給出范圍內具體選擇。
該電鍍用電解液包含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導電鹽的NHX1、作 為緩沖劑的H:,B03，其組成為NiCl2.6H20 100 180g/L、 ZnCl2 20 80g/L、 NH4C1 180 220g/L、 H3B03 20 40g/L、添加劑0. 5 5g/L。添加劑為平平加、糖精、 十二烷基硫酸鈉等中的一種或幾種的任意組合。
各組成物的含量或選取等工藝參數可根據實際需要在給定范圍內具體選擇。
本發明采用鋅鎳合金納米多層膜迭層鍍層，從而使鍍層的硬度、耐磨性、 大幅提高；而且由于電鍍鍍液中N:T的數量大，使鍍層中Ni含量較大，使鍍層 外觀光亮，具有的良好的致密性與裝飾性(外觀)的優點。在酸性介質中，鍍 層與介質的反應主要是鋅、鎳與H+的反應，鍍層的耐蝕性主要取決于基質金屬 鎳與H+反應的快慢程度，而鎳在酸中的活性比鋅差，所以鍍層中較高的Ni含量 使其對酸的耐蝕性提高。多層合金鍍層交替存在，減緩了了鍍層的腐蝕速度， 又可以阻礙空氣中的02向鍍層中滲透，從而較大幅度地減緩了 Zn(0H)2、 Ni (0H)2 和Fe(0H)3的生成，使鍍層耐蝕性大大提高。由于鍍層中較高的Ni含量的作用， 使鍍層不需要鈍化處理就可以達到較高的耐蝕性，大大減化了生產工藝環節， 減少了環境污染，提高了生產安全性。
因此，該表面鍍覆有鋅鎳合金納米多層膜具有硬度、耐蝕性、耐磨性、耐 高溫氧化性、致密性及綜合性能高的優點。此外，所使用的電鍍工藝及電解液 具有不需要鍍后處理工藝，節約成本，高效快捷，方便操作的優點。
圖l為本發明工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖以實例進一步說明本發明的實質內容，但本 發明的內容并不限于此。
在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、 再經水洗后放入電鍍槽電鍍液中、電鍍在電鍍液攪拌或靜置下進行，在進行電 解之后從電鍍液中取出所述零部件進行水洗、烘干。采用的電鍍液含有作為主
鹽的Ni.鹽及Zn的鹽、作為導電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的H3B03，如電鍍液組成 為NiCl2.6H20 1 00 180g/L、 ZnCl2 20 80g/L、 NH4C1 180 220g/L、 ,320 40g/L、添加劑0.5 5g/L;添加劑為平平加、糖精；十二烷基硫酸鈉等中的一 種或幾種的任意組合。鍍液的pH值為3 5，電鍍供電方式為輸出脈沖供電，具 體參數為控制平均電流密度為0. 3A、第一個脈沖占空比為0. Ol，工作時間20s， 第二個脈沖的占空比為0.5，工作時間40s，反向脈沖輸出平均電流都是0.2A， 占空比均為O. 1，工作時間10s;溫度為室溫。
各組成物的含量或選取等工藝參數及施鍍時間還可根據實際所需鍍層厚 度、硬度、致密度等在給出范圍內具體選擇。
實施例1:表面鍍覆有鋅鎳合金納米多層膜的鋼板，其鍍層為鋅鎳合金納米 多層膜，鍍層中以重量計低鎳層的鎳含量為14.07%、高鎳層的鎳含量含量為 77.35%，鍍層的厚度為(8 9) X10—3mm。
具體步驟為將鋼板在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，
然后水洗、除銹蝕、再經水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并對電解液攪拌或靜置，
在進行電解之后從電解液中取出零部件進行水洗,烘干。鍍液的pH值為3. 5，施 鍍的供電方式為脈沖輸出供電、溫度為室溫、時間為25分鐘。
電解液含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的 H3B03，其具體組成為NiCl2.6H20 140g/L、 ZnCl2 50g/L、 NH4C1220g/L、 H3B0330g/L、 平平加0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸鈉0. 03g/L。實施例2:表面鍍覆有鋅鎳合金納米多層膜的螺帽，其鍍層為鋅鎳合金納米
多層膜，鍍層中以重量計低鎳層的鎳含量為14. 20%、高鎳層的鎳含量含量為76. 8 %，鍍層的厚度為7.5X10—3mm。
該螺帽的表面電鍍方法，包括螺帽在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨 水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并對電解 液攪拌或靜置，在進行電解之后從電解液中取出零部件進行水洗，烘干。鍍液的 pH值為3.5，施鍍的供電方式為脈沖輸出供電、溫度為室溫、時間為20分鐘。
電解液含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的 H3B03，其具體組成為NiCl2.6H20 140g/L、 ZnCl2 50g/L、 NH4C1220g/L、 H3B0330g/L、 平平加0.3g/L、糖精0.015g/L、十二垸基硫酸鈉0. 03g/L。
實施例3:表面鍍覆有鋅鎳合金納米多層膜的泵室內襯，其鍍層為鋅鎳合金 納米多層膜，鍍層中以重量計低鎳層的鎳含量為13.9 %、高鎳層的鎳含量含量 為77. 5%，鍍層的厚度為8.5X10—3mm。
該泵室內襯的表面電鍍方法，包括泵室內襯在進行電鍍之前對所述零部件 進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經水洗后放入電鍍槽電鍍液中、 并對電解液攪拌或靜置，在進行電解之后從電解液中取出零部件進行水洗，烘 干。鍍液的pH值為3.5，施鍍的供電方式為脈沖輸出供電、溫度為室溫、時間 為30分鐘。
電解液含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導電鹽的NH4C1、作為緩沖劑的 H3B03，其具體組成為NiCl2.6H20 140g/L、 ZnCl2 50g/L、 NH4C1220g/L、 H3B0330g/L、 平平加0.3g/U糖精0.015g/L、十二垸基硫酸鈉0. 03g/L。
本發明鋅鎳合金納米多層膜鍍層與Zn、 Zn-Ni鍍層在5%NaCl溶液中耐蝕性
的比較結果(等厚度)
鍍層類別開始生銹時間/h
Zn13
Zn-Ni (Ni%=13.2%)66
鋅鎳合金納米多層膜 317權利要求
1、一種鋼鐵零部件表面電鍍方法，包括在進行電鍍之前對所述零部件進行打磨水洗、除油，然后水洗、除銹蝕、再經水洗后放入電鍍槽電鍍液中、并在對電鍍液攪拌或靜置下進行電鍍的步驟，還包括在進行電解之后從電鍍液中取出所述零部件進行水洗、烘干的步驟，其特征在于鍍液的組成為包含有作為主鹽的Ni及Zn的鹽、作為導電鹽的NH4Cl、作為緩沖劑的H3BO3和添加劑。
2、 根據權利要求1所述的鋼鐵零部件表面電鍍方法，其特征在于所述的Ni及Zn的鹽為NiCl2.6H20 1 00 1801g/L、 ZnCl2 25 80g/L;所述的導電鹽的NH4C1為180 220 g/L、緩沖劑H3B03A 20 40 g/L、所述的添加劑為0. 5 5g/L,鍍液的pH值為3 5。
3、 根據權利要求1所述的鋼鐵零部件表面電鍍方法，其特征在于鍍液中所述添加劑為平平加、糖精、十二烷基硫酸鈉等中的一種或幾種的任意組合。
4、 根據權利要求1所述的鋼鐵零部件表面電鍍方法，其特征在于所述的電鍍的供電方式為輸出脈沖供電，具體參數為控制平均電流密度為0.3A、第一個脈沖占空比為0. 01 ，工作時間20s，第二個脈沖的占空比為0. 5，工作時間40s，反向脈沖輸出平均電流都是0. 2A,占空比均為0. 1,工作時間10s;溫度為室溫。
全文摘要
本發明公開了一種在鋼鐵零部件表面鍍覆鋅鎳合金納米多層膜鍍層的方法，屬鋼鐵零部件及金屬材料表面處理技術領域。電鍍是以Ni及Zn的鹽為主鹽，控制Ni、Zn鹽含量及pH值、電流密度，獲得鋅鎳合金納米多層膜鍍層。具有不需要鍍后處理工藝，節約成本，高效快捷，方便操作、工藝簡單、安全，鍍層硬度、耐蝕性、耐磨性、耐高溫性高，致密性、裝飾性、綜合性能好等優點。
文檔編號C25D5/10GK101550577SQ200910094370
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月17日 優先權日2009年4月17日
發明者宋凡子, 張英杰, 章江洪, 鵬 董, 閆宇星 申請人:昆明理工大學