專利名稱：化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定金屬工件表面化學(xué)鍍鎳工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定金屬如Zn-Al合金，永磁材料Nd-Fe-B合金工件表面改性處理工藝。
化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的金屬，如Zn-Al合金、永磁材料Nd-Fe-B合金等，經(jīng)過表面處理后，可以獲得廣泛的應(yīng)用。為了提高Zn-Al合金硬度和耐磨性，目前國外已報(bào)道采用焦磷酸銅置換鍍銅，然后將鍍銅層在硝酸銀溶液中進(jìn)行活化處理后再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳〔1〕，此法的最大缺點(diǎn)是需要消耗貴金屬，且結(jié)合力不佳。中國專利85100657已報(bào)道預(yù)電鍍鎳后再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，該法不足之處在于(1)不適用于Nd-Fe-B合金;
(2)需要提供電源、電極等設(shè)備，且鍍層厚度不夠均勻;
(3)鍍前處理工藝復(fù)雜，成本較高;
(4)化學(xué)鍍鍍液無再生方法。
針對上述方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種既不消耗貴金屬又操作簡便、成本低的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定金屬如Zn-Al合金、永磁材料Nd-Fe-B合金的化學(xué)鍍鎳工藝。
本發(fā)明的目的是為化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定金屬如Zn-Al合金，永磁材料Nd-Fe-B合金提供一種表面改性處理工藝，該工藝可以從以下兩個(gè)方面改善合金工件表面性能(1)使合金工件具有較高的硬度，表面硬度未經(jīng)熱處理HV≥550kg/mm2，從而提高了耐磨性;
(2)使鍍件具有良好的耐腐蝕性能，鍍層可作耐腐蝕層使用。
本發(fā)明的特征是在前處理步驟中用金屬清洗劑除油，對Zn-Al合金，除油和活化兩道工序合為一道，并采用預(yù)化學(xué)鍍鎳打底。本發(fā)明組成如下(1)表面的鍍前處理本發(fā)明提供的表面鍍前處理步驟中不采用傳統(tǒng)的堿溶液，也不采用有機(jī)溶劑除油方法，而采用市場上出售的金屬清洗劑除油。因堿溶液對Zn-Al合金工件表面產(chǎn)生較大的腐蝕，影響結(jié)合力，而有機(jī)溶劑價(jià)格昂貴，且有毒害。本發(fā)明采用的金屬清洗劑價(jià)格便宜，有市售產(chǎn)品。這種金屬清洗劑是多種表面活性劑的混合物，呈微堿性，不會(huì)腐蝕合金，其除油效果顯著。
除油時(shí)，對Zn-Al合金，金屬清洗劑的適宜濃度為0.5-1.0%，由于合金穩(wěn)定性差，清洗劑濃度不宜太大，否則會(huì)對合金表面產(chǎn)生腐蝕。清洗Zn-Al合金的其它條件為PH11-12，溫度50-60℃，時(shí)間2-3分鐘。對Nd-Fe-B合金，因穩(wěn)定性比Zn-Al合金好，因此清洗時(shí)條件有所不同金屬清洗劑適宜濃度為1-3%，溫度60-70℃，時(shí)間2-5分鐘。
由于Zn-Al合金中Zn、Al均為兩性金屬，因此用金屬清洗劑除油的同時(shí)即達(dá)到表面活化目的，不需要再行活化處理。對Nd-Fe-B合金，則必須在除油后再用稀硫酸浸蝕活化?；罨瘲l件為H2SO40.1-1.0%;室室;時(shí)間20-30秒。
工件用金屬清洗劑洗滌前，必須用100-150目的砂粒在2-5個(gè)大氣壓下進(jìn)行噴砂處理，以除去表面氧化皮，露出新鮮金屬表面。
(2)預(yù)化學(xué)鍍鎳經(jīng)過上述表面的鍍前處理后，將鍍件放入60-7℃熱水中預(yù)熱2-4分鐘。因?yàn)榻?jīng)過預(yù)熱處理，鍍件才能很快施鍍，避免受鍍液腐蝕，同時(shí)鍍層與基體的結(jié)合也較好。預(yù)熱后，立即轉(zhuǎn)入堿槽中進(jìn)行預(yù)化學(xué)鍍鎳。預(yù)化學(xué)鍍鎳的鍍液組成為NiSO4·7H2O 10-15克/升NaH2PO2·H2O 10-15克/升K2P2O720-30克/升預(yù)化鍍鎳時(shí)其它條件為PH10-12;溫度65-70℃;沉積速度4-5微米/小時(shí);時(shí)間20-40分鐘。
上述鍍液在裝載比為1∶2時(shí)，在正常情況下可連續(xù)使用6-8次。
(3)化學(xué)鍍鎳在預(yù)化學(xué)鍍后，將鍍件放入85-95℃熱水中清洗并預(yù)熱2-3分鐘。立即轉(zhuǎn)入酸槽中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳?；瘜W(xué)鍍鎳的鍍液組成為NiSO4·7H2O 18-25克/升
NaH2PO2·H2O 18-25克/升NaAC10-25克/升乳酸10-15毫升/升Pb(AC)20.001克/升十二烷基硫酸鈉0.05-0.01克/升化學(xué)鍍鎳的其它條件為PH4.5-5.0;溫度85-90℃;沉積速度16-20微米/小時(shí);時(shí)間2-3小時(shí)。
本發(fā)明還提供了一種專用于上述化學(xué)鍍鎳工藝的化學(xué)鍍鍍液的調(diào)整和再生方法，通常本發(fā)明所采用的化學(xué)鍍鍍液在裝載比為1∶2的情況下，可連續(xù)使用1-2次，使用后的鍍液可以通過調(diào)整和再生再繼續(xù)使用。
(1)調(diào)整方法按鍍液中實(shí)際測定消耗的鎳量計(jì)算補(bǔ)充NiSO4·7H2O再按1份NiSO4·7H2O消耗1.0-1.30份NaH2PO2·H2O的比例補(bǔ)充NaH 2PO2·H2O，并適當(dāng)增加緩沖劑和絡(luò)合劑，即可再行施鍍。NaH2PO2·H2O消耗量不能按化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行定量計(jì)算，因?yàn)槭╁儠r(shí)次磷酸鈉通過自催化過程不僅將Ni++還原成Ni，而且還部分被還原成P，生成Ni-P合金，同時(shí)放出大量H2。
(2)再生方法隨著施鍍時(shí)間的延長，鍍液中HPO3＝濃度將隨著增加，這不僅不利于沉淀Ni的反應(yīng)的進(jìn)行，使沉積速度減慢，鍍層質(zhì)量降低，而且還會(huì)產(chǎn)生NiHPO3沉淀，使沉積Ni的過程無法進(jìn)行。文獻(xiàn)中曾介紹采用離子交換法，化學(xué)沉淀法來除去HPO3＝，但均未獲得實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明提供一種采用棄去部分舊液的辦法來降低HPO3＝的濃度。其方法是鍍液中Na2HPO3·5H2O超過某極限濃度如25-30克/升時(shí)則棄去部分舊液，補(bǔ)充消耗的藥品，添加與棄去舊液相同體積的新液，并保證合并液中Na2HPO3·5H2O濃度低于上述極限濃度，即可起鍍。
本發(fā)明所提供的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定金屬的表面化學(xué)鍍鎳工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)采用金屬清洗劑除油，不僅除油效果好，而且所用清洗劑價(jià)格便宜。操作簡便，對Zn-Al合金，除油后不需專門浸蝕工序即達(dá)到活化目的，除油、活化兩步工序可合為一步。
(2)采用預(yù)化學(xué)鍍鎳方法與預(yù)電鍍鎳比較不需要提供電源及電極等設(shè)備，設(shè)備簡單、成本低，而且對于形狀復(fù)雜的工件來說也可均勻施鍍，這是電鍍法不可能達(dá)到的。
(3)化學(xué)鍍鍍液可以再生，鍍液可循環(huán)連續(xù)使用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
本發(fā)明所提供的化學(xué)鍍鎳工藝其實(shí)施例如下實(shí)施例1紡織工業(yè)用Zn-Al合金超塑性槽筒或絡(luò)筒化學(xué)鍍鎳(1)將絡(luò)筒用100目砂粒在2個(gè)大氣壓下進(jìn)行噴砂，除去表面氧化皮。用0.5%金屬清洗劑，在55±5℃清洗2分鐘，用水沖洗。
(2)浸入65±5℃熱水預(yù)熱2分鐘，立即轉(zhuǎn)入堿槽中進(jìn)行預(yù)化學(xué)鍍鎳。預(yù)化學(xué)鍍鎳的組成為NiSO4·7H2O 12克/升;NaH2PO2·H2O12克/升;K2P2O724克/升。調(diào)整鍍液PH為10，溫度為68±2℃，預(yù)鍍30分鐘。
(3)取出絡(luò)筒，在88±2℃熱水中洗滌并預(yù)熱2分鐘，立即轉(zhuǎn)入酸槽中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，鍍液組成為NiSO4·7H2O 20克/升NaH2PO2·H2O 20克/升NaAC20克/升乳酸12毫升/升Pb(AC)80.001克/升十二烷基硫酸鈉0.05克/升用1∶1 NH4OH調(diào)整鍍液PH為4.5，在88±2℃施鍍2小時(shí)。
實(shí)施例2永磁材料Nd-Fe-B合金的化學(xué)鍍鎳(1)將合金鍍件在2個(gè)大氣壓下用150目砂粒進(jìn)行噴砂，然后用2%金屬清洗劑在65±5℃清洗3分鐘除油，用水沖洗，在0.5% H2SO4中浸蝕活化約20秒。
(2)合金鍍件活化后，在65±5℃熱水中預(yù)熱2分鐘，立即轉(zhuǎn)入堿槽中進(jìn)行預(yù)化學(xué)鍍鎳，此鍍液組成為NiSO4·7H2O 12克/升;NaH2PO2·H2O 12克/升;K2P2O720克/升。調(diào)整PH為11，在溫度68±2℃預(yù)鍍30分鐘。
(3)取出，用88±2℃熱水沖洗并預(yù)熱2分鐘，立即轉(zhuǎn)入酸槽中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，此鍍液組成為NiSO4·7H2O 22克/升NaH2PO2·H2O 22克/升NaAC22克/升乳酸12毫升/升Pb(AC)20.001克/升十二烷基硫酸鈉0.08克/升用1∶1 NH4OH調(diào)整鍍液PH為4.8，在88±2℃施鍍2小時(shí)。
化學(xué)鍍鍍液的再生方法其實(shí)施例如下紡織工業(yè)用Zn-Al合金絡(luò)筒12支，裝載比為1∶2，用150升化學(xué)鍍鍍液施鍍1次。用EDTA容量法測定上述施鍍后的舊鍍液中含NiSO4·7H2O 14.5克/升。其含量與鍍液中NiSO4·7H2O的適宜濃度(18-25克/升)相比偏低，故需按下法調(diào)整如調(diào)整NiSO4·7H2O含量至20克/升，即150升溶液中應(yīng)添加NiSO4·7H2O 825克，按NiSO4·7H2O與NaH2PO2·H2O之比為1∶1.25補(bǔ)充NaH2PO2·H2O，即添加NaH2PO2·H2O 1031克，再適當(dāng)補(bǔ)充其它藥品，如補(bǔ)充NaAC 300克，乳酸450毫升。將前三種固體藥品用部分舊鍍液在室溫下溶解后連同乳酸倒入原鍍槽中，攪勻，調(diào)整PH為4.5，即可再行施鍍。
第二次施鍍后，用碘量法測定此舊鍍液中含Na2HPO3·5H2O 31克/升，此數(shù)值高于Na2HPO3·5H2O的極限濃度(25-30克/升)，故應(yīng)按下法再生棄去此舊鍍液1/6，即棄去25升，并按上述方法進(jìn)行調(diào)整，然后補(bǔ)充25升新鍍液，使合并后的鍍液中Na2HPO3·5H2O的濃度低于它的極限濃度，即可進(jìn)行第三次施鍍。以下逐次如此調(diào)整和再生鍍液。
參考文獻(xiàn)金子、富士男，金屬表面技術(shù)(日本)，32(1981)，89。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定合金工件，如Zn-Al合金，永磁材料Nd-Fe-B合金工件表面化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于它由下列工序組成(1)表面的鍍前處理；(2)預(yù)化學(xué)鍍鎳；(3)化學(xué)鍍鎳。
2.按權(quán)利要求1所述的化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于表面鍍前處理步驟中使用金屬清洗劑的濃度及清洗時(shí)PH值、溫度和清洗時(shí)間為合金Zn-AlNd-Fe-B金屬清洗劑，%0.5-1.01-2PH值11-1211-12溫度，℃50-6060-70時(shí)間，分鐘2-32-5
3.按權(quán)利要求1所述化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于鍍前處理步驟中，對Zn-Al合金，采用金屬清洗劑除油并同時(shí)進(jìn)行表面活化。
4.按權(quán)利要求1所述化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于預(yù)化學(xué)鍍鎳前用熱水預(yù)熱處理的水溫為60-70℃，時(shí)間為2-4分鐘。
5.按權(quán)利要求1所述的化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于預(yù)化學(xué)鎳的鍍液組成為NiSO4·7H2O 10-15克/升NaH2PO2·H2O 10-15克/升焦磷酸鈉(鉀)20-30克/升
6.按權(quán)利要求1所述的化學(xué)鍍鎳工藝，其特征在于預(yù)化學(xué)鍍液PH為10-12，溫度為65-70℃，預(yù)鍍時(shí)間為20-40分鐘。
7.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)鍍鍍前用熱水預(yù)熱處理的水溫為85-90℃，時(shí)間為2-3分鐘。
8.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)鍍的鍍液為NiSO4·7H2O 18-25克/升NaH2PO2·H2O 18-25克/升NaAC18-25克/升乳酸10-15毫升/升Pb(AC)20.001克/升十二烷基硫酸鈉0.05-0.1克/升
9.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PH為4.5-5.0，溫度為85-90℃，時(shí)間為1-3小時(shí)。
10.一種專適用于按權(quán)利要求1所述化學(xué)鍍鎳工藝鍍液的調(diào)整和再生方法，其特征是(1)按鍍液中實(shí)際測定消耗的鎳量計(jì)算補(bǔ)充NiSO4·7H2O，再按1份NiSO4·7H2O為1.0-1.30份NaH2PO2·H2O補(bǔ)充NaH2PO2·H2O，并適當(dāng)增加緩沖劑和絡(luò)合劑，即可再行施鍍。(2)在超塑性Zn-Al合金工件用鍍液中，Na2HPO3·5H2O的極限濃度為25-30克/升，超過此范圍時(shí)，則棄去部分舊液，補(bǔ)充消耗掉的藥品，添加與棄去舊液相同體積的新液，并保證合并液中Na2HPO3·5H2O濃度小于上述極限濃度，即可再行施鍍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定金屬如Zn-Al合金，Nd-Fe-B合金的化學(xué)鍍鎳工藝。包括三道工序1、工件表面的鍍前處理；2、預(yù)化學(xué)鍍鎳；3、化學(xué)鍍鎳。其主要特征是采用金屬清洗劑除油，Zn-Al合金除油后不必另行活化；不采用預(yù)電鍍鎳，而采用預(yù)化學(xué)鍍鎳打底。本發(fā)明還提供了一種專門適用上述鍍鎳工藝的鍍液再生方法。本工藝既可改善工件的耐磨性能，又可提高工件耐腐蝕性能。
文檔編號C23C18/50GK1043533SQ88105179
公開日1990年7月4日 申請日期1988年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月12日
發(fā)明者田云川, 朱鴻德, 姜曉霞 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所